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Verfahren zur Beseitigung von Störanteilen im
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Videosignal einer Wärmebildkamera Stand der Technik Die Erfindung
geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des Hauptanspruchs. Aus der Zeitschrift
"Electronics", 24.Nov.1977, Seiten 99 bis 105, ist ein Verfahren zur Beseitigung
von Störanteilen im Videosignal einer Wärmebildkamera mit pyroelektrischem Vidikon
bekannt. Pyroelektrische Vidikons weisen eine dünne einkristalline pyroelektrische
Scheibe als Target und ein Eintrittsfenster für den zu übertragenden Spektralbereich,
zum Beispiel das mittlere und ferne Infrarot, auf. Eine mit einer Infrarot-Optik
auf das Target projizierte Strahlungsverteilung erzeugt in dem Kristallplättchen
ein äquivalentes Temperaturprofil und damit aufgrund des pyroelektrischen Effektes
eine kongruente Ladungsverteilung auf der Oberfläche. Diese wird durch Abtastung
mit einem Elektronenstrahl ausgeglichen, wodurch ein Verschiebungsstrom von der
eintrittsseitigen leitfähigen Beschichtung des Kristalles abfließt, der als Videosignalstrom
verwendet
werden kann. Das durch die einfallende Wärmestrahlung erzeugte Ladungsbild zerfließt
mit einer durch das Targetmaterial gegebenen Zeitkonstanten. Die Amplitude des vom
Vidikon abnehmbaren Videosignals ist demnach proportional der Änderungsgeschwindigkeit
der Temperatur. Da das Vidikon nur beim Auftreten einer zeitlichen Temperaturdifferenz
ein Videosignal liefert, muß das Ladungsbild ständig neu aufgebaut werden. Um auch
von thermisch konstanten Objekten ein kontinuierliches Fernsehbild zu erzeugen,
wird der einfallende Wärmestrom im Strahlengang der Wärmebildkamera mit einer Umlaufblende
zerhackt (chopping). Durch das abwechselnde Abblenden und Freigeben des Wärmestroms
durch die Umlaufblende wird das Ausgangssignal des pyroelektrischen Vidikons alternierend
umgepolt. Beim Freigeben wird das Target entsprechend dem Temperaturprofil der aufgenommenen
Szene erwärmt; es wird ein Videosignal bestimmter Polarität erzeugt.
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Wenn der Wärmestrom abgeblendet wird, beginnen die erwärmten Teile
des Targets abzukühlen, und es wird ein Videosignal derselben Form, aber umgekehrter
Polarität erzeugt. Ein solches Videosignal ist zur Darstellung von Fernsehbildern
ungeeignet. Auch ein Umpolen des Videosignals führt zu mangelhaften Ergebnissen,
weil der ebenfalls umgepolte Dauergrundstrom (pedestal-current) heftiges Flimmern
bei der Bildwiedergabe verursacht. Zur Beseitigung der Flimmererscheinung wurde
vorgeschlagen, das vom pyroelektrischen Vidikon erhaltene Videosignal halbbildweise
zu speichern und zu vergleichen.
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Dadurch wird die Nutzkomponente des Videosignals verdoppelt.
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Gleichzeitig werden Fehler durch den Dauergrundstrom, wie Shading-
und Targetfehler, nahezu kompensiert. Anschließend wird das halbbildweise in alternierender
Polarität vorliegende Videonutzsignal in ein Videosignal konstanter Polarität umgewandelt.
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Diese Signalaufbereitung erfordert einen Speicher, welcher nicht nur
die Nutzkomponente, sondern auch die Störkomponente des Videosignals zu speichern
in der Lage ist. Da über die Hälfte der Grauabstufungen im Helligkeitsbereich des
Bildsignals von der Störkomponente eingenommen wird, muß auch über die Hälfte der
Speicherkapazität zur Speicherung der Störkomponente aufgewendet werden.
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Vorteile der Erfindung Die Erfindung mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Hauptanspruchs weist den Vorteil auf, daß nunmehr der gesamte Dynamikbereich
des Speichers für die Speicherung der Nutzkomponente ausgenutzt werden kann. Gleichzeitig
wird der Dynamikbereich eines Analog/Digital-Wandlers bei digitaler Speicherung
des Videosignals nicht durch die größere Störkomponente eingeengt.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten MaBnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen möglich.
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Zeichnung Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im
folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung mit Figuren näher beschrieben
und erläutert. Von den Figuren zeigen: Fig.1 ein Blockschaltbild nach einer ersten
Ausführungsform gemäß der Erfindung und Fig.2 ein Blockschaltbild nach einer zweiten
Ausführungsform gemäß der Erfindung.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele In dem Blockschaltbild der Fig.1
ist mit 1 eine Wärmebildkamera mit pyroelektrischem Vidikon bezeichnet, auf dessen
Target 2 ein Wärmebild projiziert wird. Damit auch von thermisch konstanten Objekten
ein Videosignal erzeugt werden kann, wird die auf das Target eintreffende Wärmestrahlung
des Wärmebildes mit einer Umlaufblende 3 zerhackt. Die Umlaufblende 3 wird durch
ein vertikalfrequentes Synchronsignal synchronisiert. Durch das alternierende Abblenden
und Freigeben der auf das Target 2 gerichteten Wärmestrahlung wird das Target des
pyroelektrischen Vidikons in der Wärmebildkamera 1 abwechselnd auf die Temperatur
des aufgenommenen Objektes erwärmt und durch das Abblenden mit der Umlaufblende
3 gekühlt. Synchron mit dem Abblenden und Freigeben der Wärmestrahlung ändert sich,
wie eingangs erwähnt, die Polarität des vom pyroelektrischen Vidikon erzeugten Nutzanteils
im Videosignal. Die auf den pedestal-current zurückzuführende Störkomponente im
Videosignal ändert dagegen ihre Polarität nicht. Ein alternierendes Umpolen des
von der Wärmebildkamera 1 erhaltenen Videosignals führt daher zu einem stark störenden
Flimmereffekt, weil die Störkomponente durch den pedestal-current ebenfalls umgepolt
wird.
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Zur näheren Erläuterung sei angenommen, daß am Ausgang der Wärmebildkamera
1 ein Videosignal gemäß der unter dem Block 1 in der Zeile a dargestellten Form
liegt. Das Spannungszeit diagramm der Zeile a zeigt alternierende Perioden des Freigebens
TF und des Abblendens TA durch die Umlaufblende 3 im Videosignal am Ausgang der
Wärmebildkamera 1. Der von der schraffiert gezeichneten Fläche eingenommene Teil
des Videosignals umfaßt die Störkomponente S und der andere Teil die Nutzkomponente
N. In einer nachgeschalteten Stufe 4 wird das Videosignal während der Abblendperiode
TA invertiert. Die
Nutzkomponente des Videosignals weist nunmehr
sowohl beim Abblenden als auch beim Freigeben des Wärmestroms zur Wärmebildkamera
1 gleiche Polarität auf. Nunmehr alterniert jedoch die Störkomponente S.
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Das am Ausgang der Stufe 4 abgreifbare Videosignal wird über eine
Klemme 5 einem Eingang einer Subtraktionsstufe 6 zugeführt. Ein am Ausgang der Subtraktionsstufe
6 mit Klemme 7 liegendes Signal wird einer Verzögerungsstufe 8 und einem Eingang
einer weiteren Subtraktionsschaltung 9 weitergeleitet. Mit der Verzögerungsstufe
8 wird das Signal um eine Abblendperiode TA bzw. eine Freigabeperiode TF verzögert.
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Durch Subtraktion des verzögerten vom nichtverzögerten Signal mit
der Subtraktionsstufe 9 und einer Amplitudenhalbierung in der Stufe 13 wird die
Störkomponente (Zeile c) des an Klemme 5 liegenden Videosignals erhalten. Diese
Störkomponente wird in der Subtraktionsstufe 6 von dem an der Klemme 5 liegenden
Videosignal subtrahiert. An der Klemme 7 ist demnach nur noch die Nutzkomponente
des Videosignals abnehmbar. Die Störkomponente ist kompensiert.
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Üblicherweise werden die in Wärmebildkameras eingesetzten pyroelektrischen
Vidikons so betrieben, daß der auf das Target fallende Wärmestrom alternierend für
die Dauer zweier Halbbilder freigegeben und abgeblendet wird. Die entsprechende
Verzögerung des Videosignals erfolgt zweckmäßigerweise mit Speichern. Als Speicher
haben sich digitale Speichersysteme bewährt. Dazu muß das an der Klemme 7 liegende
Videosignal mit einem Analog/Digital-Wandler 10 in eine digitale Form umgewandelt
werden. Anschließend nach der Subtraktion der verzögerten und unverzögerten Signale
wird das digitale Signal wieder in eine analoge Form mit einem Analog/Digital-Wandler
11 zurückgewandelt.
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Die Schaltung der Fig.1 stellt einen Regelkreis dar.
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Die Störkomponente im Videosignal wird in diesem Regelkreis weitgehend
selbst auf Minimum eingestellt. Dabei wird der Dynamikbereich des Analog/Digital-Wandlers
10 für einen digitalen Speicher als Verzögerungsstufe 8 nicht durch die Störkomponente
eingeengt. Außerdem wird Speicherkapazität gespart.
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Bei dem in der Fig.2 dargestellten Blockschaltbild einer anderen Ausführungsform
sind Teile mit gleicher Wirkung mit gleichen Bezugszeichen versehen. Zusätzlich
zu der in der Fig.i dargestellten Ausführungsform wird bei dem Blockschaltbild einer
anderen Ausführungsform in der Fig.2 durch Addition mit einer Addierstufe 12 eine
Verdoppelung der Nutzkomponente des Videosignals erzielt.