DE2828119C2

DE2828119C2 - Strahlungsabtastsystem

Info

Publication number: DE2828119C2
Application number: DE2828119A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Thales Optronics Ltd
Current assignee: Thales Optronics Ltd
Priority date: 1977-06-29
Filing date: 1978-06-27
Publication date: 1984-03-01
Also published as: GB1588018A; US4217608A; DE2828119A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Strahlungsabtastsystem mit mehreren fotoelektrischen Detektorelementen, einem Multiplexer, der die Signale der Detektorelemente abtastet und in Zeitkanälen einem Rasterbild-Sichtgerät zuführt und mit einer Kompensationsschaltung, die für jedes Detektorelement einen individuellen Kennwert speichert und in dem Zeitkanal des betreffenden Detektorelementes ein von diesem Kennwert abhängiges Korrektursignal in den Signalweg zwischen Multiplexer und Rasterbild-Sichtgerät zur Subtraktion von dem Signal des Detektorelementes eingibt

ίο Bei derartigen Strahlungsabtastsystemen wird die von einem Bildfeld ausgehende Strahlung auf ein Feld aus strahlungsempfindlichen Detektorelementen projiziert und die von den Detektorelementen abgegebenen Signale werden zur Steuerung des Videoeingangs eines Rasterbild-Sichtgerätes benutzt

Bei derartigen Systemen mit Gleichspannungskopplung verursachen Unterschiede in den Obertragungseigenschaften der Detektorelemente und in der angeschlossenen Elektronik die Erzeugung von Störmustern auf dem wiedergegebenen Bild. Ein Beispiel hierfür ist bei der Videowiedergabe als »Zeiligkeit« bekannt. Hiermit ist gemeint daß benachbarte Teile verschiedener Rasterlinien deutlich unterschiedliche Intensitäten haben während man vom Bildinhalt her im wesentlichen gleiche Intensitäten erwarten würde.

Bei einem zum Stand der Technik gehörenden, nicht vorveröffentlichten Strahlungsabtastsystem der eingangs genannten Art (DE-OS 27 14 777) enthält die Kompensationseinrichtung einen ersten Speicher, der in

jo dig' iler Form ein bei der Abtastung der Detektorelemei ie einer Zeile ein konstantes Bezugssignal Uß für diese Zeile ausgibt und einen zweiten Speicher, der für jedes Detektorelement ein Eichsignal (Dunkelsignal D.) enthält das durch Messung eines Kennwertes dieses Detektorelementes entstanden ist Das Bezugssignal Uß und das elementbezogene Dunkelsignal £>, werden von dem Ausgangssignal des Detektorelementes subtrahiert und das Subtraktionsergebnis wird anschließend mit einem der Kennüniensteigung des zugehörigen Detektorelementes proportionalen Korrekturfaktur ki multipliziert Die Benutzung einer derartigen Kompensationseinrichtung setzt voraus, daß z,jvor die Kennwerte der einzelnen Detektorelemente gemessen und in die zugehörigen Speicher eingespeichert werden. Zur Berücksichtigung zeitlicher Änderungen der Empfindlichkeiten der Detektorelemente, z. B. infolge von Alterang, ist es erforderlich, besondere Kaübrierungsmessungen durchzuführen, um die Dunkelsignale D, und die Korrekturfaktoren /' den geänderten Verhältnissen anzupassen.

Bekannt ist ferner ein Strahlungsabtastsystem (US-PS 39 02 001), bei dem für jedes Abtastelement ein Dunkel-Korrekturwen in einem Speicher gespeichert ist Sowohl in Zeilenrichtung als auch in vertikaler Richtung wird eine Interpolation zwischen den Korrekturwerten benachbarter Detektorelemente durchgeführt Diese Korrekturwerte werden über mehrere

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uiiupciiuucii uiiivrcg ciiiiiticil. i~r<X3 aui UIC3C TT CISC korrigierte Videosignal wird mit einem Referenzsignal verglichen und ein dem Korrektursignal entsprechendes Signal wird gespeichert. Das endgültige Korrektursignal für jedes Detektorelement wird schließlich nach der Methode der wiederholten Approximation gewon-.-nen. Ein derartiges System erfördert einen großen schaltungstechnischen Aufwand. Insbesondere erfordert die Fnterplation der für benachbarte Detektorele-'mente gespeicherten Korrekturwerten eine komplexe Signalverarbeitung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Strahlungsabtastsystem der eingangs genannten Art zu schaffen, be; dem eine ständige selbsttätige Nachstellung der Kompensationsschaltung mit einfachen Mitteln erfolgt

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Kompensationsschaltung für jedes Detektorelement den gleitenden Mittelwert der Signale über mehrere Abtastvorgänge hinweg oder den gleitenden Mittelwert von aus den Signalen gewönne- in nen Werten speichert, und daß die Kompensationsschaltung zur Erzeugung des Korrektursignals eine Vergleichsschaltung enthält, deren Ausgangssignal die Abweichung des Mittelwertes des gerade abgetasteten Detektorelementes von dem Gesamt-Mitt"'werx aller Detektorelemente angibt.

Nach der Erfindung wird ein gleitu^der ..'littelwert entweder direkt aus den Signalen Her DeV ' .* jrelemente oder aus Werten, die durch Vers»rt._uiüig der Signale der Detektorelemente entstände- iind, gebildet und als Kennwert gespeicnert. Von 1 *n Kennwerten sämtlicher Detektorelemente wird ein Gt-^mt-Mittelwert gebildet und mit diesem Mittelwert wird in der Vergleichsschaltung der Mittelwert des gerade abgetasteten Detektorelementes verglichen. In der Kompensationsschaltung wird außer den Speichern für die Mittelwerte im Prinzip lediglich eine Vergleichsschaltung benötigt. Die Kompensationsschaltung ist im Aufbau sehr einfach und berücksichtigt dennoch die zeitlichen und örtlichen Abweichungen der Charakteristiken der Detektorelemente, so daß ein von Störstreifen freies Bild entsteht

Wenn in der Kompensationsschaltung die gleitenden Mittelwerte der Signale der Detektorelemente ohne vorherige Verarbeitung gespeichert werden, erhält man eine Korrektur erster Ordnung. Dies bedeutet, daß insbesondere Nullpunkt-Fehler bzw. parallele Kennlinienverschiebungen der Detektorelemente eliminiert werden. Eine Kompensation von Kennlinienabweichunge höherer Ordnung kann gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung dadurch erreicht werden, daß die Kompensationsschaltung an einem weiteren Eingang einen Verstärker mit quadratischer Charakteristik aufweist und die Quadrate der Spannungen der Detektorelemente weiter verarbeitet, daß das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung in einen; Multipiizierer mit der Ausgangsspannung des zugehörigen Detektorelementes multipliziert wird und uaß das Produkt der Multplikation von der Ausgangsspannung des Detektorelementes als weiteres Korrektursignai subtrahiert wird. Auf diese Weise können mit einfachen -,< > Mitteln selbst komplexe Kennlinienveränderungen ausgeglichen werden. Die Kompensationsschaltung kann auch zur Bildung statischer Momente dritter Ordnung oder noch höherer Ordnung ausgebildet sein, wobei z. B. die dritte Potenz der Signalspannungen ,5 berechnet, gemittelt und mit dem Mittelwert aller Kanäle verglichen wird. Zur Approximation der Kanalübertragungsfunktion an andere als polynominale nicht linerae Funktionen können andere geeignete Schaltungen verwandt werden, die dir Ermittlung des statischen Momentes übernehmen. Beispielsweise kann ein Funktionsgeber mit schrägverlaufender linearer Rampenfunktion benutzt werden, um den Abweichungsfehler auf einem Teilbereich seiner Kennlinie zu ermitteln,

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen 2, 3 und 5 zu entnehmen.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Figuren zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert

F i g. 1 ^eigt eine schematische Darstellung der ersten A.usführungsform,

Fig.2 zeigt Modifizierungen und Einzelheiten der ersten Ausführungsform und

F i g. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform.

Der in F i g. 1 dargestellte Strahlungsdetektor enthält sechs Detektorelemente 1, die in einem Feld bekannter Art und Aufteilung angeordnet sind. Die Detektorelemente ί sind über Trennverstärker 2 an einen Multiplexer 3 angeschlossen, deren Ausgang mit einem Anschluß 4 verbunden ist Das Signal am Ausgang 4 wird in der noch zu erläuternden Weise verarbeitet und über einem gemeinsamen Videoverstärker 7 einem Rasterbild-Sichtgerät 6, beispielsweise in Form einer Bildröhre, zugeführt. Das Abtastsystem enthält eine Kompensationsschaltung 10 zur Kompensation von Variationen in den Übertragungschasakteristiken der Detektorelemente 1.

Die Kompensationsschaltung 10 enthält eine erste Schaltung 11, deren Eingang an der Videoeingang 5 angeschlossen ist und die einem dem Videoverstärker 7 vorgeschalteten Summierverstärker 12 ein Fehlersignal zuführt, und eine zweite Schaltung 13, deren Eingang ebenfalls mit dem Videoeingang 5 verbunden ist und die ein Fehhrsignal an einen Multiplizierverstärker 14 liefert, der dem Verstärker 12 virgeschaltet ist Ferner sind die Verstärker 12 und 14 jeweils mit dem Anschluß 4 verbunden. Eine Taktimpulsquelle 15 versorgt den Multiplexer 3 und die Schaltungen Il und 13 mit dem Impulstakt zur Erzielung des Synchronbetriebes.

Die Schaltung 11 enthält einen Trennverstärker 20, an den ein ÄC-Netzwerk angeschlossen ist, dessen Widerstand 21 fest ist und dessen Kapazität aus einer Kondensatorbank 22 besteht, die mit dem Widerstand 21 über einen Synchronschalter 23 verbunden ist Die Zeitkonstante des ÄC-Netz·/erks ist für jeden der einzeln einschaltbaren Kondensatoren in der Kondensatorbank relativ lang, d. h. sie beträgt ein Mehrfaches der Dauer einer Bildabtastung an dem Sichtgerät 6. Infolgedessen erfolgt die Aufladung an jedem der Kondensatoren langsam, um den gleitenden Mittelwert oder Durchschnittswert der von den jeweiligen Detektorelementen 1 erzeugten Spannung zu bilden. Auf diese Weise überträgt der an den Widerstand 2Ϊ angeschlossene Verstärker 24 den Mittelwert oder Durchschnittswert der von einem bestimmten Detektorelement 1 erzeugten Spannung und infolge der Funktion des Schalters 23 entsteht hierdurch eine Wellenform aus einer Gruppe derartiger Mittelwerte, die nacheinander am Ausgang des Verstärkers 24 erscheinen. An den Ausgang des Verstärkers 24 ist eine Vergleichsschaltung 25 in Form einer weiteren ßC-Schaltung angeschlossen, deren Zeitkonstante groß ist und diejenige der Speicherschaltungen 21, 22 wesemlich übersteigt. Uiese /«,-!schaltung filtert das Ampüiucieimittel aus de·- Wellenform heraus und führt über Leitung 26 dem Summierverstärker 12 das Fehlersignal des jeweiligen Detektorelementes zu. Die Fehlersignale bilden insgesamt eine Wellenform, die sich aus einer Reihe vönjEirizelabweichungen gegenüber der mittleren Wellenform zusammensetzt und von Nullpunktabweichungen der einzelnen Detektorelemenis verursacht wird.

Die Schaltung 13 ist ähnlich ausgebildet wie die Schaltung 12, weist jedoch anstelle des Trennverstär-

kers 20 einen Verstärker 30 mit quadratischer Kennlinie auf. Am Ausgang des Verstärkers 30 befinden sich ein Widerstand 31, ein Synchronschalter 33 sowie Kondensatoren 32, die eine Kondensatorbank bilden. Der Verstärker 34, der mit dem Widerstand 31 verbunden ist, speist eine Vergleichsschaltung 35 in Form einer /?C-Schaltürtg mit großer Zeitkonstante, die wiederum ein Ausgangssignal an die zu dem Muftiplizierverstärker 14 führende Leitung 36 legt Die Schaltung 13 arbeitet in ähnlicher Weise wie die Schaltung 11, jedoch erzeugt das Fehlersignal an Leitung 36 durch die Wirkung des quadratischen Verstärkers 30 in Verbindung mit der Schaltung 1 i eine Wellenform, die die Abweichungen der Empfindlichkeiten der einzelnen Detektorelemente von dem Empfindlichkeits-Mittelwert wiedergibt

Die Schaltungen 11, 13 können im Detail variieren, um unterschiedliche Resultate zu erhalten und beispielsweise die in Fig.2 dargestellte Form annehmen. In diesem Fall weist der Verstärker 20 der Schaltung 11 eine Rückkopplungsschleife auf, die eine Gleichstromampliludenregelschaltung 27 enthält, welche an den Ausgang des Verstärkers 24 angeschlossen ist Ferner ist in diesem Fall der Verstärker 24 mit der Kondensatorbank 22 derart verbunden, daß er als Integrator arbeitet Wenn der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 20 erhöht wird, so daß der Verstärker als Komparator arbeiten kann, und wenn dem Integrator eine von Null verschiedene Referenzspannung zugeführt wird, ist es möglich, das Detektorelement-Verhalten in bezug auf einen von dem Mittelwert abweichenden V/ert zu optimieren, beispielsweise bei einem bestimmten Grauwert Auf diese Weise kann die Kompensation der Variationen der Detektorelemente auf einen interessierenden Intensitätsbereich für eine Szene eingeregelt werden. Dies kann dadurch geschehen, daß eine Stufenfunktion benutzt wird, um durch eine abgestufte Schwellenspannung Prozentwerte festzulegen und diese Werte werden dann in einer

10

t5

20

25

30 Rückkopplungsschleife für die Korrektur der Abweichungen benutzt Eine andere Rückkopplungsschleife kann dazu benutzt werden, den Prozentwert automatisch einzustellen.

Bei der zweiten Ausführungsform der F i g, 3 wird das am Anschluß 4 von F i g. 1 erzeugte Signal direkt einer ÄC-Schaltung zugeführt, die aus einem Widerstand 40 und einem Kondensator 46 besteht, weicher über einen Synchronschalter 45 mit Erde verbunden ist. Ferner wird das Signal von Leitung 4 über einen Synchronschalter 41 dem entsprechenden Kondensator der kondensatorbank 42 zugeführt Der Ausgang der ÄC-Schaltung ist mit einem Ende eines Widerstandes 43 verbunden, dessen anderes Ende mit dem Ausgang der Kondensatorbank und dem Eingang eines Trennverstärkers 44 verbunden ist. Der Ausgang des Trennverstärkers 44 ist mit dem Anschluß 5 von Fig.] verbunden. Die Schaltung nach F i g. 3 arbeitet ähnlich wie die Schaltung 11 von Fig. 1, indem sie Fehler im Mittelwert der von verschiedenen Detektorelementen erhaltenen Spannung korrigiert In der ÄC-Schaltung lädt sich der Kondensator 46 auf eine Höhe auf, die den Mittelwert der von allen Detektorelementen ausgegebenen Spannungen entspricht, wogegen die Kondensatoren 42 sich jeweils auf den Mittelwert der von dem zugehörigen Detektorelement erzeugten Spannung aufladen. Die Differenz zwischen diesen beiden Werien wird über den Trennverstärker 44 synchron mit der Betätigung des Multiplexers übertragen. Die Schalter 41, 45 si-'Ί während der Schwarztastung des Videobildes nicht leitend.

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele arbeiten auf analoger Basis, jedoch kann auch ein Abtastsystem verwandet werden, das, mindestens zum Teil, auf digitaler Basis arbeitet Die Kompensationsschaltung kann auch vollständig digital arbeiten. Dies hat den Vorteil, daß seiir lange Speicherzeiten ohne Schwierigkeiten realisiert werden können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Strahlungsabtastsystem mit mehreren fotoelektrischen Detektorelementen, einem Multiplexer, der die Signale der Detektorelemente abtastet und in Zeitkanälen einem Rasterbild-Sichtgerät zuführt, und mit einer Kompensationsschaltung, die für jedes Detektorelement einen individuellen Kennwert speichert und in dem Zeitkanal des betreffenden Detektorelemenies ein von diesem Kennwert abhängiges Korretursignal in den Signalweg zwischen Multiplexer und Rasterbild-Sichtgerät zur Subtraktion von dem Signa! des Detektorelementes eingibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsschaltung (10) für jedes Detektorelement (1) den gleitenden Mittelwert der Signale über mehrere Abtastvorgäuge hinweg oder den gleitenden Mittelwert von aus den Signalen gewonnenen Werten speichert, und daß die Kompensationsschaltung (10) zur Erzeugung des Korrektursignals eine Vergleichsschaltung (25; 30; 43) enthält, deren Ausgangssignal die Abweichung des Mittelwertes des gerade abgetasteten Detektorelementes von dem Gesamt-Mittelwert aller Detektorelemente angibt

2. Strahlungsabtastsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsschaltung (10) in einem Rückkoppelungszweig des Signalweges vom Multiplexer (3) zum Rasterbild-Sichtgerät (6) geschaltet ist (F i g. 1 und 2).

3. Strahlungsabtastsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsschaltung (40 b^:<! 46) in den Signalweg vom Multiplexer (3) zum Rasterbild-Sichtgerät (0 geschaltet ist (Fig.3).

4. Strahlungsabtastsystem n^ch einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsschaltung (KJ an einem weiteren Eingang einen Verstärker (30) mit quadratischer Charakteristik aufweist und die Quadrate der Spannungen der Detektorelemente (1) weiter verarbeitet, daß das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung (35) in einem Multiplizierer (14) mit der Ausgangsspannung des zugehörigen Detektorelementes (1) multipliziert wird und daß das Produkt der Multiplikation von der Ausgangsspannung des Detektorelemenies als weiteres Korrektursignal subtrahiert wird.

5. Strahlungsabtastsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsschaltung (Fig.3) einen Eingang (4) mit niedriger Impedanz, einen Ausgang (5) mit hoher Impedanz und eine Kondensatorbank (42) enthält, in der je ein Kondensator für jeden Zeiikana! vorgesehen ist und die über einen Synchronschalter (41) zwischen den Eingang (4) und den Ausgang (5) geschaltet ist, daß eine Schaltung aus zwei Widerständen (40, 43) in Reihe zwischen den Eingang (4) und den Ausgang (5)

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einen weiteren Kondensator (46) mit einem Schalter (45) verbunden ist, der den Kondensator (46) immer dann einschaltet, wenn in einem der Zeitkanäle ein Signal ansteht.