DE2802441A1

DE2802441A1 - Vorrichtung zur aufnahme von infrarotbildern mit einer aufnahmeroehre mit pyroelektrischem target

Info

Publication number: DE2802441A1
Application number: DE19782802441
Authority: DE
Inventors: Henri Cammas; Jean Dansac; Christian Pepin
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1977-01-21
Filing date: 1978-01-20
Publication date: 1978-07-27
Also published as: FR2378414B1; GB1581400A; DE2802441B2; DE2802441C3; SE420971B; SE7800566L; US4191967A; FR2378414A1

Description

DIETRICH LEWiNSKY ²⁰· Januar 1978

HEINZ-JOACHiMHUBER 10.103-lV/Hg

REINER PRIETSCH

Thomson-CSF, Bl. Haussmann 173, F-75008 Paris (Frankreich)

Vorrichtung zur Aufnahme von Infrarotbildern mit einer Aufnahmeröhre mit pyroelektrischem Target

Priorität: 21. Januar 1977, Frankreich, Nr. 77 01741

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Gattungsbegrifif des Patentanspruches 1. :

Die Aufnahmeröhre mit pyroelektrischem Target ist infrarotempfindlich; bei bekannten Röhren ist die pyroelektrische Beschich-, tung derart angeordnet, daß sie von der einen Seite durch einen j Elektronenatrahl abgetastet wird und sich mit ihrer anderen SeiH te in Berührung mit einer Signalelektrode befindet. Die Röhre ähnelt einem Vidicon, unterscheidet sich jedoch von letzterem vor allem durch ein für infrarote Strahlung durchlässiges Eintrittsfenster und durch das Target, das durch eine dünne Schicht aus einem pyroelektrischen Material gebildet wird.

In der zu seiner Oberfläche normalen, das heißt rechtwinkligen Richtung besitzt das Target eine spontane Polarisation, die in Folge des pyroelektrischen Effektes von der Temperatur abhängig ist. Wennein Bild durch das Eintrittsfenster hindurch abgebildet wird, wird die einfallende Energie in dem Target absorbiert und erzeugt örtliche Temperaturänderungen. Hieraus resultiert eine räumliche Verteilung der Ladungen an der Oberfläche. Diese Ladungen werden durch den Abtastelektronenstrahl kompensiert, wodurch das Viedeosignal in Folge der Kopplung mit der Signalelektrode entsteht.

- 2 8 D 9 8 3TJ7 0 8 57

In jedem Punkt des Targets gestattet das Abtasten oder Lesen durch den Elektronenstrahl die Feststellung der Temperaturänderung von einem Raster (Bild oder Halbbild) zum nächsten. Demzufolge kann ein unbewegliches Objekt konstanter Temperatur nicht mehr detektiert werden, sobald das Target sein thermisches. Gleichgewicht erreicht hat. Um in diesem Fall ein Signal zu erzielen, ist es notwendig, die Infrarotstrahlung mit Hilfe einer Blende zu unterbrechen oder das Bild des Objektes auf dem Target ständig zu verschieben, was durch Verschiebung der Visierachse der Kamera erzielt werden kann. Diese Betriebsarten, die als Unterbrechungsbetrieb und als Panoramabetrieb (Chopping mode bz.wPanning mode) bezeichnet werden können, besitzen unterschiedliche Merkmale.

Die der Aufnahmeröhre zugeordnete Eintrittsoptik gestattet die augenblickliche Beobachtung eines im allgemeinen begrenzten Gesichtsfeldes von beispielsweise 9°. Demzufolge erfordert die Überwachung eines bestimmten Umgebungsbereiches, der ein ausgedehnteres Gesichtsfeld bedingt, das Überstreichen des Bildes im Panoramabetrieb. Hingegen ermöglicht der Unterbrechungsbetrieb die Beobachtung einer feststehenden Szene, wenngleich deren Größe (Gesichtsfeld) beschränkt ist. Unter dem Gesichtspunkt der Leistungsfähigkeit stellt der Panoramabetrieb einen besseren Kompromiß zwischen den Parametern Auflösung und Empfindlichkeit dar, während der Unterbrechungsbetrieb eine gute Auflösung, jedoch eine sehr begrenzte Empfindlichkeit besitzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Aufnahme von Infrarotbildern im Panoramabetrieb zu schaffen, die eine sehr hohe Empfindlichkeit besitzt, dabei jedoch keine Einbußen an Auflösungsvermögen mit sich bringt. Zugleich soll ; ein Umgebungsbereich einstellbarer Breite beobachtet werden ; können, das heißt es soll sowohl ein gewünschter Ausschnitt als auch im Grenzfall die gesamte überwachte Umgebung beobachtet werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Patentanspru-

- 3 809830/0857

28 0"'.. '■■:

-A

ches 1 angegeben.

Die mit diesen Merkmalen ausgestattete Vorrichtung nach der Erfindung besitzt somit Eigenschaften beider Betriebsarten, gestattet nämlich die Beobachtung eines ausgedehnten Gesichtsfeldes oder diejenige einer festen, einem Teil des Gesichtsfeldes entsprechenden Szene; außerdem ist der Wert des Winkels des dargestellten Teilfeldes ebenso festlegbar wie die Dauer der Beobachtung.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.

In der Zeichnung ist eine Vorrichtung nach der Erfindung in beispielsweise gewählten Ausführungsformen sowie erläuternden Diagrammen schematisch vereinfacht dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 ein vereinfachtes Schema einer Vorrich

tung nach der Erfindung,

Fig. 2 ein Teilschema der Vorrichtung,

Fig. 3 ein Schemabild zur Erläuterung des ver-r

wendeten Abtastverfahrens,

Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Einzelheit der

Vorrichtung nach Fig. 1, nämlich das Prinzip der Speicher- und Integrationsmittel,

Fig. 5 einAusführungsbeispiel für die Speicher

und Integrationsmittel nach Fig. 4 in Form einer Speicherröhre,

Fig. 6 und 7 ein zweites Ausführungsbeispiel der Speicher- und Integrationsmittel der Fig. 4 in Form von digitalen Schaltungen,

Fig. 8 ein Signaldiagramm zur Erläuterung der

Arbeitsweise der Schaltungen der Fig. 6 und 7 und

809830/0857

^■:.i,u-:a±. jkspected

Fig. 9 ein Ausführungsbeispiel für die An

triebsmittel zur Erzeugung der Panoramadrehung.

Die Vorrichtung zur Aufnahme von Infrarotbildern gemäß Fig. 1 umfaßt eine Aufnahmeröhre 1 mit einem Fokussierobjektiv 2, einem pyroelektrischen Target 3 am Ende einer Elektronenstrahlkanone ¹I, sowie Fokussier- und Abtastspulen 5« Die Arbeitsweise der Röhjre entspricht derjenigen eines Vidicons, unter Berücksichtigung dessen, daß die auf dem Target auftreffende Strahlung sich im Infraroten befindet. Bei der verwendeten Panoramadarstellung (Panoramabetrieb) wird die Visierachse Z der Röhre, das heißt ihre optische Achse, mit einer Geschwindigkeit V in der Richtung X verschoben und das Vorbeiwandern des Bildes über das Target erfolgt mit dieser Geschwindigkeit und in dieser Richtung, wie in dem Teilschema der Fig. 2 dargestellt. Zur azimutalen Panoramaüberwachung verläuft die Richtung X horizontal. Die Abtastung erfolgt wie beim Fernsehen zeilenweise und wird derart durchgeführt, daß die Zeilen längs der Richtung Y verlaufen, die senkrecht zur Richtung X der Verschiebung des Bildes auf dem Target steht, während die Rasterabtastung in der Verschiebungsrichtung X erzeugt wird. Eine Synchronisierschaltung 6 erzeugt die Zeilensynchronsignale SL und die Rastersynchronsignale ST zur Steue rung einer Abtastschaltung 7, die die für die Abtastung notwendigen Ablenksignale liefert.

Das Videosignal wird an einer Elektrode 8 der Röhre, die sich an dem Target befindet, abgenommen und Schaltungen 9 zugeführt, die im wesentlichen aus Verstärkerschaltungen zur Gewinnung eines auswertungsfähigen Videosignals SV bestehen. Die Einrichtungen bzw. Schaltungen 1 bis 9 können in einer Aufnahme kamera vereinigjt stein.

Das Vorbeiwandern des Bildes über das Target wird durch Relativverschiebung der Visierachse Z der Kamera in Bezug auf die beobachtete Szene erzeugt. Dies kann je nach Anwendungsfall in unterschiedlicher Weise bewerkstelligt werden. Beispielsweise kann

809830/0857

02441

die beobachtete Szene veränderlich oder beweglich sein, so daß ' dann die Kamera ortsfest ist. Umgekehrt kann die Kamera beweglich, beispielsweise in einem Luftfahrzeug zur Geländeüberwachunjg angeordnet sein und verschiebt sich dann gegenüber der ortsfesten Szene. Am häufigsten ist jedoch der Fall, daß die Kamera in einem festen Punkt installiert ist und um eine Achse beweglich sein muß, um eine Panoramaüberwachung einer festen Szene durchzuführen. In jedem der genannten Fälle wird die Temperaturänderung durch eine Relativbewegung zwischen der Kamera und der Szene erzeugt, so daß es sich in Wirklichkeit stets um die gleiche Betriebsart handelt. Im letzteren Fall sind die Verschiebungsmittel nicht außerhalb der Kamera sondern Bestandteil dieser wie bei 10 in Fig. 1 dargestellt und erzeugen eine Drehung um die Achse Y. Unter einem festen Punkt ist dabei eine Anbringung an einer ortsfesten Stelle auf dem Boden oder auch eine quasi-feste Anbringung wie etwa auf einem Fahrzeug oder einem Schiff verstanden, da in diesem Fall die Bewegungsgeschwindigkeit des Trägers der Vorrichtung vernachlässigbar gegenüber der Abtastgeschwindigkeit des beobachteten Gesichtsfeldes ist. Die Vorrichtungen 10 zur Relativverschiebung der Visierachse Z in Bezug auf die feste Szene werden durch die Schaltung 6 derart synchronisiert, daß sich eine Geschwindigkeit des Vorbeilaufens des Bildes ergibt, die vorzugsweise konstant ist und einen bestimmten Wert V hat. Die Abtastung wird beispielsweise periodisch über einen horizontalen Sektor des Winkels Θ1 durchgeführt der zusammen mit dem Winkel Θ2 des augenblicklichen Nutzfeldes, das in der Y-Richtung durch ein Bild erfaßt wird, einen gesamten Beobachtungsbereich ergibt, der in Fig. 1 als Sektor 11 bezeichnet ist.

In Fig. 2 ist die rechteckige Fläche des Targets 3 dargestellt, die für die Abtastung zur Gewinnung der Videosignale für die bildliche Darstellung benutzt wird. Die Gesamtfläche des Targets ist größer und, wie dargestellt, im allgemeinen kreisförmig; in bekannter Weise werden mechanische Masken und Signale verwendet, um die aus der Abtastung der rechteckigen Nutzfläche resultierenden Signale zu entnehmen. Diese Nutzfläche entspricht

8Ö98307 Ö 8 57 ""

einem augenblicklichen Nutzfeld, das in der Ebene des Sektors oder Objektebene in einem betrachteten Anfangszeitpunkt to der Zone ABCD entspricht. Das zugehörige Bild wird teilweise abgetastet oderausgelesen und umfaßt η Zeilen 11 bis In, wobei die Dauer T der Abtastung der η Zeilen eines Bildes der Rasterperiode entspricht. Die Geschwindigkeit V des Vorbeiwanderns des Bildes möge im angenommenen Fall die gleiche Richtung wie der übergang von einer Zeile zur nächsten in der X-Richtung haben. Wenn to der AnfangsZeitpunkt einer Bildabtastung ist, befindet sich die Abtastung in diesem Augenblick im Punkt AO, dem Bild des Punktes A. Der Punkt AO stellt den Anfangspunkt der ersten Zeile 11 entsprechend der Strecke AB in der Objektebene dar. Am Ende der Bildabtastung ist die Linie CD nach Cl Dl gewandert und zwar infolge der Drehung der optischen Achse, die die Verschiebung AL = CCl = DDl = VT erfahren hat. Die n-te abgetastete Zeile entspricht der Linie ClDl in der Objektebene.

Gemäß der Erfindung sind die Vorrichtungen 10 zur Relativverschiebung derart ausgelegt, daß dieser räumlichen Verschiebung AL in der Bildebene des Targets eine Strecke in der X-Richtung entspricht, die gleich einer ganzen Zahl R von Zeilenintervallen ist, derart, daß R'AX = V¹T, worin V die auf die Ebene des Targets der Röhre bezogene Geschwindigkeit V der Verschiebung ist, während R die Zahl der Intervalle und Δ X die Abmessung eines zwei Zeilen trennenden Intervalls darstellen. Die Zahl R kann wenigstens gleich "1" betragen und kann alle ganzen Werte größer als "1", die ganzzahlige Teiler von η sind, annehmen, bis zu dem Maximalwert 5, wenn η geradzahlig ist und der halben Bildbreite in der X-Richtung entspricht; hingegen kann der Maximalwert bis zu ⁿ erreichen, wenn η ungerade ist.

Zur Vereinfachung der nachfolgenden Ausführungen und des Ver- _; ständnisses der Arbeitsweise der Vorrichtung wird der Parameter R gleich "!"angenommen, was darüberhinaus zu der leistungsfähig-* sten Ausführungsform führt, wie noch erläutert werden wird.

In Fig. 3 sind die analysierten Punkte entsprechend den abge-

- 7 809830/085?

28ϋ;-44Ί

tasteten Zeilen in die Objektebene 11 übertragen dargestellt, ebenso wie im Verlauf des folgenden Rasters abgetasteten Punkte und diejenigen des η-ten Rasters, und zwar jeweils untereinander und mit den entsprechenden Verschiebungen in der X-Richtung. Unter Berücksichtigung der Verschiebung entspricht die Zeile des zweiten Rasters der Zeile 12 des ersten dargestellten Rasters und die einer beliebigen Zeile Ij entsprechenden Punkte finden sich im Verlauf der folgenden Rasterperiode in der Zeile Ij-I wieäer und werden abgetastet. Somit wird jeder Punkt η-mal im Verlauf von η aufeinanderfolgenden Abtastungen analysiert und die Zeitdauer, während derer das Bild dieses Punktes das Target vollständig in der X-Richtung durchquert, beträgt n'T, um von der Zeile 11 zeilenweise bis zur Zeile In zu springen.

Für eine Verschiebung von R Intervallen, bei der R größer als "1" und ganzzahlig in der Form Q ist, wird jeder Punkt K-mal im Verlauf von K aufeinanderfolgenden Abtastungen erfaßt. Wenn beispielsweise die Abtastung 200 Zeilen umfaßt und R=I ist, wird jeder Punkt 200 mal analysiert und für R=IOO wird jeder Punkt zweimal analysiert.

Die anhand der Fig. 2 und 3 erläuterte Eigenschaft, jeden Punkt der beobachteten oder überwachten Szene mehrere Male analysieren zu können, vorausgesetzt die Geschwindigkeit der Relativbewegung Target - Objekt wird in bestimmter Weise geregelt, wird dadurch ausgenutzt, daß die Bildaufnahmevorrichtung Speicher- und Integriermittel für das detektierte Videosignal erhält. Diese Mittel sind durch den Block 13 in Fig. 1 versinnbildlicht; ihre Aufgabe besteht darin, zeilenweise und je Zeile punktweise das sich aus einer Bildabtastung ergebende Videosignal SV zu speichern und anschließend dieses gespeicherte Signal im Verlauf der folgenden Abtastung abzurufen und zu dem ankommenden Signal SV hinzuzuaddieren, und zwar unter Berücksichtigung der durch die Verschiebungsgeschwindigkeit V erzeugten Zeilenverschiebung, derart, daß jedesmal die sich auf denselben Punkt der Objektebene beziehenden Informationen summiert werden und anschließend das Additionsergebnis wieder gespeichert, wird, um

809830/0857

-J» -AA

es von Neuem unter den gleichen Bedingungen mit dem Videosignal SV der folgenden Abtastung zu addieren, wobei der Vorgang K-fach für jede Zeile wiederholt wird. An jedem Ende der Bildabtastung enthält der Speicher R für die Sichtbarmachung oder Schirmbildwiedergabe verfügbare Zeilen. Unter Berücksichtigung dessen, daß die Gesamtzahl der η Zeilen eines Bereiches ABClDl der Objektebene erst nach einer Zeit KT verfügbar ist, wird das verfügbare, integrierte Signal SI vorzugsweise in einem Zwischenspeicher I²J gespeichert, bevor es auf ein Bildschirmgerät 15 gelangt. Der Zwischenspeicher 1*1 ist ein Matrixspeicher, der so ausgelegt ist, daß er Zeile für Zeile und je Zeile Punkt für Punkt das Signal SI speichert; seine Kapazität kann so ausgelegt sein, daß er dieselbe Anzahl von η Zeilen speichert wie von dem Target abgetastet werden, so daß das wiedergegebene Bild im räumlichen Feld ABClDl entspricht, das von der Kamera im Verlauf einer Rasterabtastung erfaßt wird. Die Kapazität des Zwischenspeichers 14 kann aber auch abweichend von diesem Wert fest gelegt sein, insbesondere höher sein, so daß ein größeres Gesichtsfeld sichtbar gemacht werden kann, das im Grenzfall aus der Gesamtheit der im Verlauf der Panoramaverschiebung überwachten Szene bestehen kann. Außerdem gestattet der Umstand, über einen Zwischenspeicher zu verfügen, hieraus nach Belieben unter öer Voraussetzung einer geeigneten Adressierung einen Teil der gespeicherten Informationen auszulesen, um einen Teilbereich des Gesichtsfeldes auf dem Bildschirm darzustellen und diesen während einer gewünschten Dauer zu betrachten, wobei dieser Teilbereich größer oder kleiner als der dem Bild auf dem Target entsprechende Bereich der Szene sein kann.

Die Arbeitsweise der Speicher- und Integriermittel 13 ist in Fig. 1 schematisch durch einen Speicher 16 wie etwa eine analoge Verzögerungsleitung, deren Gesamtverzögerung den η Zeilen einer Abtastung des Targets entspricht, und durch eine Addierschaltung 17 dargestellt. Die Verzögerungsleitung 16 besitzt eine Anzapfung, die mit dem Addierer 17 verbunden ist, wobei die Lage dieser Anzapfung von der Größe der Zeilenverschiebung abhängt, nämlich im dargestellten Beispiel, bei dem R=I die Punkte der Zei-

60983Ö/0857

le Ij+1 mit den Punkten der Zeile Ij der laufenden Abtastung addiert werden. Die Übertragung der Signale wird durch die Synchronisierschaltung 6 gesteuert, die entsprechende, durch die Schalter 18 und 19 versinnbildlichte Schaltungen steuert. Fig. 4 zeigt ein ähnliches Blockschaltbild für einen Wert von R größer als "1", um zu veranschaulichen, daß die Zahl R der bei jeder Abtastung verfügbaren Zeilen größer wird, wobei im dargestellten Fall R=4 ist.

Die Wahl des Parameters R legt den Teil des Bildes fest, der im Verlauf jeder Abtastung verfügbar ist, wobei die entsprechen-¹ de Zahl der Integration durch K = ^ gegeben ist. Der Umstand, einen beliebigen Bildpunkt der beobachteten Szene K-fach während seines Wanderns über das Target zu integrieren, verleiht der Vorrichtung ein erheblich verbessertes Signal/Rausch-Verhältinis. Bei jeder Rasterabtastung wird das Bild in dem Speicher 13 ^: gespeichert und Punkt für Punkt mit dem während des vorangegan- ι genen Rasters gespeicherten Bild akkumuliert, wobei die Zeilen-' Verschiebungszahl zwischen den zwei aufeinanderfolgenden Rastern berücksichtigt wird, welche Verschiebung dem Wandern des Bildes über das Target während einer Rasterperiode entspricht.

Wenn beispielsweise die Röhre mit n=2OO nutzbaren Zeilen auf denj Targetdurchmesser analysiert wird und die Rasterdauer T = 20 ms | ist, und bei einer Verschiebungsgeschwindigkeit auf dem Target V = 0,4 cm/s, wandert das Bild eines festen Punktes der Szene über das Target in der X-Richtung in vier Sekunden, was einer Analyse von 200 Rastern entspricht. Bei jedem Raster muß das gespeicherte Bild um eine Zeile verschoben werden, bevor die Integration im Speicher stattfindet, der im Fall einer Ausführung als Matrixspeicher 201 Zeilen umfassen kann.

Die Speichermittel 13 sind so ausgelegt, daß sie die vorerwähnte Nachintegration durchführen und die integrierten Daten können abgerufen werden, um eine direkte Anzeige- oder Darstellung durchzuführen oder sie können auch in einen weiteren Speicher überführt werden, um eine Gesamtdarstellung der vollständigen,

- 10 -

Ö0983Q/Ö§S7

überwachten Szene 11 durchzuführen und dabei eine Verschiebung des Bildes auf dem Bildschirm zu vermeiden.

Die Folge der Erneuerung der Information hängt wie beim Radar von dem überwachten Gesamtfeld und der gewünschten Reichweite ab. Beispielsweise erfordert bei einer Brennweite von 100 mm und einem von der Kamera gleichzeitig aufgenommenen Gesichtsfeld von 9° die Panoramaüberwachung eines Bereiches von — 30° eine Zeit in der Größenordnung von 20 Sekunden.

Damit die Integration in geeigneter Weise durchgeführt werden kann und kein Auflösungsverlust eintritt, ist es notwendig, die Panoramaverschiebung der Kamera in exaktem Synchronismus mit der Abtastung der Röhre durchzuführen.

Es wurde bereits erwähnt, daß die Richtung des Vorbeiwanderns des Bildes dieselbe wie diejenige der Abtastung in der X-Richtung ist. Bei einer Auslegung, bei der diese Richtungen umgekehrt verlaufen, entspricht die Zeile 11 folglich der Strecke CD und die Zeile In der Strecke AlBl gemäß der Darstellung in Fig. 1, bei der folgenden Abtastung entspricht die Zeile 11 der Strecke ClDl und die verfügbaren Signale entsprechen den R Zeilen In-(R-I) bis In.

Die Bildaufnahmevorrichtung kann in verschiedenen Ausführungsformen realisiert werden. Die Aufgaben der Einheit 13, 14 können beispielsweise von einer Speicherröhre 25 mit einem Elektro-t nenstrahlsystem zum Aufzeichnen und einem Elektronenstrahlsystenj zum Abtasten übernommen werden, siehe Fig. 5· Das Signal SV wird dem Schreibsystem zugeführt und die Abtastung des Targets 2β _; erzeugt das für die Bildschirmwiedergabe bestimmte Nutzsignal SU. Die Schaltungen 27 und 28 bezeichnen die Generatoren für die Abtastsignale, die so ausgelegt sind, daß beim Einschreiben der Verschiebung R von einem Raster zum nächsten Rechnung getragen wird und daß beim Lesen ein gewünschter Teil oder die Gesamtheit des integrierten, von dem Target 26 gespeicherten BiI-

- 11 -

8098 3 0/0857

2 8 O:: Λ 41

des abgerufen wird. Die Schaltung 27 wird durch die Synchronisierschaltung 6 synchronisiert. Die Schaltung 28 wird zeilenweise mit dem Bildschirmgerät 15 synchronisiert, wobei diese Synchronisation ebenfalls durch die Synchronisierschaltung 6 erzeugt werden kann.

Gemäß weiteren Ausführungsformen werden Speicher benutzt, die das Signal in analoger oder digitaler Form speichern. Bei einer Ausführungsform, die das Signal in analoger Form verarbeitet, können die Speicher mittels 16 aus integrierten Schaltungen des CCD-Typs, also sogenannten ladungsgekoppelten Schaltungen, bestehen. Im folgenden wird anhand der Fig. 6 bis 8 eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben, bei der das Signal digital verarbeitet wird, wobei der Einfachheit halber angenommen ist, daß der Parameter R = "1" ist und daß die Kapazität des Zwischenspeichers lH so ausgelegt ist, daß er die η Zeilen eines Bildes speichern kann. Um die Erläuterung zu vereinfachen, wird weiterhin das Signal von vorneherein als Zeilensignal betrachtet und nicht als Signal eines Punktes, der nach Umsetzung durch ein Wort mit einer bestimmten Zahl von Bits dargestellt wird.

Fig. 6 zeigt die Speicher- und Integrationsmittel entsprechend dem Block 13 der Fig. 1. Das Videosignal SV wird zunächst einem A/D-Wandler 30 zugeführt, der durch das Rastersynchronsipnal ST, das Zeilensynchronsignal SL und das Punktsynchronsignal SP aus der Synchronisierschaltung 6 gesteuert wird und der das digitale Signal SN liefert, und zwar gemäß den für die Umsetzung festgelegten Bedingungen. Beispielsweise wird jeder Bildpunkt in ein Binärwort mit vier Bit zur Kennzeichnung von 16 Amplitudenwerten des Signals umgewandelt. Der Speicher umfaßt η Schaltungen 31.1 bis 31.n, die jeweils durch Schreibtaktsignale HEl bis HEn (Fig. 8) synchronisiert werden, wobei diese Synchronisiersignale von der Synchronisierschaltung 6 geliefert werden. Jede der Schaltungen 31, vergl. die genauer dargestellte Schaltung 31.j, umfaßt ein Schieberegister 32.j und einen elektronischen Schalter 33·j, der von dem entsprechenden Signal HEj gesteuert wird. Jedes Register hat eine Kapazität entsprechend m Punkten einer

- 12 -

809830/0857

Abtastzeile und die den Zeilen 11 bis In entsprechenden Daten werden hierin jeweils durch aufeinanderfolgendes Schließen der Schalter 33·1 bis 33.η während der entsprechenden Zeilendauer der Bildabtastung, nämlich von to bis to+T gespeichert (Fig. 8). Im Verlauf der folgenden Abtastung von to+T bis to+2T sind die Signale HEl bis HEn derart verschoben, daß jede Zeile Ij bei 17 zu der Zeile Ij-I der Abtastung des Targets addiert wird, um der Verschiebung R Rechnung zu tragen. Das Ergebnis der digitalen, punktweise in dem Addierer 17 durchgeführten Addition wird in das entsprechende Register 32 über den zugehörigen elektronischen Schalter 33 eingegeben. Die Register 32 werden über die Synchronisation so gesteuert, daß die Addition punktweise und in Entsprechung in der Schaltung 17 erfolgt. Im Verlauf der folgenden Rasterperiode führt eine erneute Verschiebung der Signale HE zu einer Summierung des Inhaltes Ij zu der abgetasteten Zeile Ij-2 und so weiter bis zur η-ten Abtastung von to+(n-l)T bis to+nT. Die Ausgänge Sl bis Sn liefern die integrierten Signale, wobei eine Zeile bei jeder Abtastperiode verfügbar ist. Die Entnahme kann über die Verbindung zum Wiedereinspeichern erfolgen, wie für den Kanal j dargestellt, unter der Voraussetzung, daß das Register 32j während der Bildaustastzeit wieder auf Null gesetzt wird, das heißt während der Zeit, in der die Abtastung wieder an den Anfangspunkt zurückkehrt. Im Verlauf des ersten Rasters wird das Signal Sl entnommen, im Verlauf des zweiten Rasters das Signal S2 und so fort. Ab dem η-ten Raster hat das entnommene Signal η aufeinanderfolgende Integrationen erfahren. Somit wird beim n+l-ten Raster das Signal Sl n-fach zwischen dem Augenblick to+T und to+(n+l)T integriert worden sein und so weiter.

Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform des Zwischenspeichers 14 in Fig. 1, die η Eingangsschaltungen 35.1. bis 35.η umfaßt, die ι jeweils mit den Ausgängen Sl bis Sn verbunden sind. Jeder Kanal ί umfaßt, wie genauer für den Kanal j angegeben, ein Schiebere- ι gister 36.j analog dem vorher erwähnten Register 32.j und einen elektronischen Schalter 37.j , der von einem Lesetaktsignal HLj gesteuert wird. Die Synchronsignale HLl bis HLn (Fig. 8) werden

- 13 -

809830/08B7

- Yb - Λ\§

im betrachteten Fall ebenfalls von der Synchronisierschaltung erzeugt. Die Schaltungen 37 gestatten das aufeinanderfolgende Entnehmen der Signale Sl bis Sn. In der dargestellten Ruhelage stellen sie außerdem das Wiedereinschreiben in den entsprechenden Speicher 36. j sicher, sobald das Signal Ij zum Zwecke der bildlichen Darstellung auf dem Sichtgerät entnommen ist. Die Entnahme des Nutzsignals SU geschieht mittels eines Multiplexers 38 und Adressierschaltungen, die einen Teiler 39 und einen Dekoder ²JO umfassen können. Der Teiler 39 erzeugt aus den Signalen SLST Impulse, die den einzelnen Zeilen der Abtastung entsprechen und der Dekoder ^O erzeugt Adressensignale zur aufeinanderfolgenden Entnahme der in den Registern 36.1 bis 36.ή gespeicherten Signale Sl bis Sn. Der Teiler 39 kann Bestandteil der Synchronisierschaltung 6 sein, die Impulse zur zeitlichen Trennung der Zeilen werden zur Gewinnung der Schreibsignale HEl bis HEn und der Lesesignale HLl bis HLn benutzt.

Jeder Punkt des Bildes hat nach Durchlaufen des A/D-Wandlers die Form eines Binärwortes mit ρ Bit. Die bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 6 und 7 vorhandenen Schaltungen sind demzufolge so ausgelegt, daß sie Worte mit r Bit verarbeiten können, wobei r größer als ρ ist, da r aus den K aufeinanderfolgenden Summierungen in 17 hervorgeht. Die Register 32 bis 36 sind solche zu r Bit mit m Stufen, wobei m die Zahl der Punkt je Zeile ist. Derartige logische Schaltungen sind ansich bekannt, ebenso wie Parallel/Serien-Umsetzer, Addierer usw. und die Verbindung dieser Schaltungen entsprechend der beschriebenen Ausführungsform erfolgt nach bekannten Techniken. In gleicher Weise geschieht die Gewinnung der verschiedenen Synchronsignale und insbesondere der Signale HE und HL in bekannter Weise mit einfachen logischen Schaltungen zur Division, Addition·, Subtraktion, Zählung usw. und auch der Aufbau der Synchronisierschaltung 6 ist nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Zur Erzeugung der Synchronen Verschiebung können die Verschie-

bungsvorrichtungen 10 (Fig. 1) aus einem Synchronmotor bestehen, der von der Synchronisierschaltung 6 ein Speisesignal mit einer

- ll» -

809830/0857

solchen Frequenz erhält, daß die Drehung der Motorachse, ggf. über ein Untersetzungsgetriebe, einen Kameraträger mit der gewünschten konstanten Winkelgeschwindigkeit V antreibt. Bei einer solchen Auslegung werden das Speisesignal des Motors und die Synchronisiersignale der Abtastung ausgehend von dem gleichen Basistaktsignal erzeugt. Damit bleibt die Verschiebung R unverändert, wenn die Frequenz des Basistaktsignals nicht stabil ist.

Eine weitere mögliche Ausführungsform ist in Fig. 9 dargestellt. Ein Gleichstrommotor 45 dreht einen Kameraträger 44 um die X-Achse und auf derselben Achse ist eine Kodiervorrichtung 46 angeordnet. Die Kodiervorrichtung 46 kann beispielsweise eine optische Spur sein und ein Signal liefern, dessen Frequenz Fl unmittelbar abhängig von der Winkelgeschwindigkeit der Drehung ist. Dieses Signal wird in einem Vergleicher 47 mit einem von der Synahronisierschaltung 6 erzeugten Signal verglichen, das eine Bezugsfrequenz Fo besitzt. Das Vergleichsergebnis stellt ein Fehlersignal dar, das zur Nachführung der Drehzahl des Motors über eine Schaltung 48 in Abhängigkeit von der Verschiebung dient, die zwischen den Frequenzen Fl und Fo besteht und damit die Geschwindigkeit auf dem gewünschten Wert V hält.

Die Verschiebungsvorrichtungen wurden lediglich beispiel.--haft beschrieben und können auch anders ausgeführt sein. Ihre Aufgabe ist es, eine Relativbewegung zwischen der beobachteten Szene und dem Abtasttarget derart zu erzeugen, daß vorbestimmte Synchronisierbedingungen eingehalten werden zwischen der Geschwindigkeit dieser Bewegung und derjenigen der Bildabtastung in derselben Y-Richtung, damit eine gewünschte Verschiebung R bei jeder Bildabtastung erzeugt wird und n/R-Integrationen jedes analysierten Punktes ermöglicht.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich, besitzt die Bildaufnahmevorrichtung eine erheblich verbesserte Empfindlichkeit und weitere Vorteile, die im wesentlichen mit der Möglichkeit der Beobachtung eines Teilbereiches zusammenhängen, dessen Ausdehnung und dessen Beobachtungsdauer frei festlegbar sind.

809830/08B7

L e e r s e i t e

Claims

P'"ENTANWÄLTE

DlETRlChI LEWINSKY

HEINZ-JOACHSMHUHER 20. Januar 1978

REIMER PRiETSCH 10.103-IV/Hg

Thomson-CSF

Patentansprüche:

11.J Vorrichtung zur Aufnahme von Infrarotbildern, mit einer Aufnahmeröhre mit pyroelektrischem Target und mit Vorrichtungen zur Verschiebung der Visierachse der Aufnahmeröhre relativ zu einer ortsfesten, zu beobachtenden Umgebung zur Gewinnung einer Panoramaüberwachung, sowie mit Leseeinrichtungen zum zeilenweisen Abtasten des auf dem Target erzeugten Bildes zur Gewinnung eines entsprechenden Videosignals, und mit Signalverarbeitungseinrichtungen zur Sichtbarmachung gemäß dem Fernsehprinzip, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebungsvorrichtungen (10) und die Leseeinrichtungen (5, 6, 7) derart ausgelegt sind, daß die Zeilenrichtung (Y) aenkrecht zur Richtung (X) der Achsenverschiebung verläuft, und daß diese Verschiebung mit einer Geschwindigkeit V erfolgt, die kleiner als die Rasterabtastgeschwindigkeit und derart festgelegt ist, daß sie im Verlauf einer Rasterperiode einer Strecke entspricht, die durch eine vorgegebene, gan-r ze Zahl R von Zeilenintervallen gebildet wird, derart, daß I^ R^ 5, worin η die Zeilenzahl je Bild ist, und daß die Signalverarbeitungseinrichtungen Speicher- und Integriermittel (13) enthalten, die das Videosignal aufsummieren zu dem zuvor gespeicherten, demselben Punkt der betrachteten Umgebung entsprechenden Videosignal, zur Erzielung eines §-fach integrierten Viedeosignales für jeden Punkt im Verlauf von 5 aufeinanderfolgenden Rasterperioden, und daß ein Zwischenspeicher (14) das S-fach integrierte Videosignal speichert und das zur Sichtbarmachung vorgesehene Signal bildet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Leseeinrichtungen eine Synchronisierschaltung zur Erzeugung von Zeilen- und BiId-

809830/085? " ² "

280Ή41

Synchronsignalen und eine durch diese Signale synchronisierte Abtastschaltung zur Erzeugung der Signale für die zeilenweise Abtastung enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen zur Relativverschiebung (10) durch die Synchronisierschaltung (6) synchronisiert sind und eine mit der Abtastung der Aufnahmeröhre synchrone Panoramaverschiebung erzeugen, derart, daß der Bilddurchlauf/ dem Target gleich R Zeilenintervallen je Rasterperiode ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicher und Integriermittel Schaltungen (16, 31) zum zeilenweisen und zum je Zeile punktweisen Einspeichern des Videosignals sowie Addierer (17) enthalten, die bei jeder Abtastung unter Berücksichtigung der von Raster zu Raster vorhandenen Verschiebung R das Videosignal zu dem zuvor gespeicherten, demselben Punkt der beobachteten Umgebung entsprechenden Videosignal hinzuaddieren.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenspeicher (14, 35) Schaltungen (37) zum Übertragen von R verfügbaren, das heißt aus g aufeinanderfolgenden Integrationen hervorgegangenen Zeilen aus den Einspeicherschaltungen (16, 31) in einen Pufferspeicher (36) am Ende jeder Rasterabtastung enthält.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenspeicher (14, 35) eine Kapazität von mindestens den η Zeilen eines Bildes und von höchsten der Zeilenzahl,

j die zur Speicherung der gesamten, im Verlauf der Panoramaverschiebung überwachten Umgebung notwendig ist, hat.

!
6. Vorrichtung nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß der ^; Zwischenspeicher (14, 35) Leseschaltungen (38, 39, 40) zum zeilenweisen Auslesen des für ein nachfolgendes Bildschirmgerät (15) bestimmten Nutzsignals hat, entsprechend einem nach Bedarf festgelegten Teil oder der gesamten Speicherkapazität des Zwischenspeichers, zur Darstellung eines Teiles

809830/0857

CR'-GiNAL !KSPECTED

- 3 oder des gesamten, gespeicherten Bildes.
7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicher- und Integriermittel und der Zwischenspeicher als
Speicherröhre (25) mit zwei Elektronenstrahlkanonen zum Aufzeichnen und Abtasten einschließlich ihrer Ablenkschaltungen (27, 28) ausgebildet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Speichermittel als analog arbeitende Verzögerungsleitungen (16) aus nach dem Ladungsübertragungsprinzip arbeitender Schaltungen ausgebildet sind.

80983D/0857