DE2848323C1 - Einrichtung zur Darstellung eines Infrarot-oder Fernsehbildes - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Darstellung eines Infrarot- oder Fernsehbildes mit zeilen- und bildweise erfolgender Abtastung des von einer Optik vorgegebenen Gesichtsfeldes, das mittels eines Abtastsystems möglichst lückenlos über eine die auftreffende Infrarot- bzw. sichtbare Strahlung in eine der Strahlungsleistung proportionale und der Weiterverarbeitung dienende elektrische Größe umwandelnde Detektoreinrichtung geführt wird, so daß nach Ablauf einer bestimmten Zeit das Gesichtsfeld einmal vollständig von der Detektoreinrichtung abgetastet wurde und der Abtastvorgang neu beginnt.

IR-Bildgeräte und IR-Zielfolgegeräte besitzen unter anderem neben ihrer speziellen Optik im wesentlichen eine IR-Detektoreinrichtung, die aus einer einzelnen oder auch aus mehreren IR-strahlungsempfindlichen Zellen besteht. Ihre Größe wird hier vereinfacht als punktförmig angenommen. Die IR-Detektoreinrichtung wandelt die jeweils auftreffende IR-Strahlung in eine der Strahlungsleistung proportionale elektrische Größe um, beispielsweise in eine elektrische Spannung. Sie wird mit nachfolgenden Verstärkern verstärkt und weiterverarbeitet.

Bei Fernsehaufnahmeeinrichtungen wird in verwandter Weise verfahren, so daß auch hier eine der jeweiligen Strahlungsleistung proportionale Ausgangsgröße zur Verfügung steht.

IR- und Fernsehbildgeräte und -Zielfolgegeräte benutzen zur Bildverarbeitung und Bildwiedergabe eine zeilen- und bildweise Abtastung ihres Gesichtsfeldes. Dabei wird das von der Optik vorgegebene Gesichtsfeld bei IR-Geräten im allgemeinen durch mechanisch (z. B. Motoren) bewegte Prismen oder Spiegel, d. h. ein Abtastsystem, in einem festgelegten Abtastverfahren möglichst lückenlos so über die IR-Detektoreinrichtung geführt, daß nach Ablauf einer bestimmten Zeit das Gesichtsfeld einmal vollständig von der Detektoreinrichtung abgetastet wurde und der Vorgang danach neu beginnt.

Bei Fernsehaufnahmesystemen werden gewöhnlich elektronisch arbeitende Abtasteinrichtungen verwendet.

Bild- und Zielfolgegeräte arbeiten mit einem an ihren speziellen Verwendungszweck angepaßten Abtastverfahren. Es sind in diesem Zusammenhang zwei grundsätzliche Verfahren gebräuchlich, nämlich die sogenannte Fernsehabtastung und die Polarabtastung. In Fig. 1 ist das Schema der Fernsehabtastung dargestellt, bei der z. B. ein rechteckiges Gesichtsfeld 1 in mehreren untereinander liegenden Zeilen 2 bis 7 jeweils von links nach rechts pro Zeile und von oben nach unten der Reihe nach abgetastet wird. Fig. 2 zeigt das Schema der Polarabtastung mit einem jeweils durch das Zentrum 8 eines kreisflächenförmigen Gesichtsfeldes 9 durchlaufenden Strahl, d. h. mit durch das Zentrum 8 verlaufenden, im Uhrzeigersinn gedrehten Zeilen 10, 11 und 12. Im Beispiel nach Fig. 2 sind zur Vereinfachung nur drei Zeilen dargestellt.

In Fig. 3 ist als Beispiel ein rechteckiges Bildgerät- Gesichtsfeld 13 dargestellt, das hier vereinfacht durch nur acht Zeilen 14 bis 21 mit Fernsehabtastung gemäß Fig. 1 abgetastet wird. Mit l_Z ist die Zeilenlänge und mit T_Z die Zeilendauer bezeichnet. Es sind zwei Ziele A und B dargestellt. Davon gibt Ziel A eine zeitlich konstante, also unmodulierte Strahlung ab. Ziel B ist ein modulierter Strahler, z. B. ein IR-Jammer. Ein übliches Bildgerät würde die beiden Ziele A und B wie in Fig. 3 in gleicher Weise wiedergeben. Die Modulation des Zieles B wäre nicht erkennbar, oder nur ausnahmsweise, z. B. bei einem langsamen "Blinken" des Zieles B.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem das optische Gesichtsfeld zeilenweise abtastenden IR- oder Fernsehgerät die Ziele mit modulierter IR- bzw. sichtbarer Strahlung gesondert zu erkennen.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß an den Ausgang der Detektoreinrichtung vor der Einrichtung zur Weiterverarbeitung ein Filter angeschlossen ist, dessen Übertragungscharakteristik kammfilterartig so dimensioniert ist, daß Signale mit der Zeilenfrequenz f_Z und mit Vielfachen davon gesperrt und Signale mit Frequenzen in den dazwischenliegenden Bereichen durchgelassen werden.

Durch die Anwendung der Erfindung ist es möglich, auch in Landschaften und vor stark strukturiertem Hintergrund z. B. Hubschrauber in der Beobachtungsposition, z. B. zwischen Bäumen und Büschen, schneller zu entdecken oder auch den Einsatz von speziellen IR-Täuschungskörpern (IR-Jammers) zu erkennen. In vorteilhafter Weise kann man aus einer Vielzahl von Zielen und Landschaftsstrukturen Ziele mit modulierter Strahlung auswählen und verfolgen.

Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß bei einem IR-Fernsehbildgerät Ziele mit modulierter Strahlung, z. B. Hubschrauber oder Jammer, durch Symbole, z. B. Kreis oder Quadrat markiert werden, die aufgrund einer geeigneten Verarbeitung der Filterausgangsgröße gewonnen werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 4 bis 10 für ein IR-Gerät noch genauer beschrieben. In entsprechender Weise ist die Erfindung für die Darstellung eines Fernsehbildes anwendbar.

In Fig. 4 ist der Verlauf der Ausgangsgröße U/U₀ der IR-Detektoreinrichtung eines IR-Gerätes mit rechteckigem Gesichtsfeld entsprechend der Anordnung nach der Fig. 3 über der Zeilenlänge l/l_Z bzw. auch über der Zeit t/T_z jeweils einer Zeile untereinander dargestellt, da die Zeilenablenkung in üblicher Weise zeitlinear erfolgt. Man erkennt, daß die Zeilen Nummer 1 und Nummer 2 (Bezugszeichen 14 und 15) die beiden IR-Ziele A und B nicht überstreichen, so daß die IR-Detektoreinrichtung auch keine Ausgangsgröße U/U₀ abgibt. Erst die nachfolgenden Zeilen Nummer 3 bis 7 (Bezugszeichen 16 bis 20) überstreichen die Ziele A und B, so daß Ausgangsgrößen U/U₀ abgegeben werden. Ihre jeweilige zeitliche Dauer entspricht der geometrischen Ausdehnung des in der Zeile momentan überstrichenen Zielanteils. Bei Zeile Nummer 8 (Bezugszeichen 21) wird dann wieder kein Zielanteil überstrichen, so daß auch hierbei keine Ausgangsgröße U/U₀ auftritt. Die Ausgangsspannung U ist stets als Verhältnis zu einer Referenzspannung U₀ angegeben. Die Amplituden der Ausgangsgrößen U/U₀ von Ziel A sind konstant, die von Ziel B verändern sich von Zeile zu Zeile im Takt der Modulation.

Dabei wird hier vereinfachend angenommen, daß die Amplituden des Ziels B während der Überstreichungszeit konstant bleiben.

In Fig. 5 sind die Ausgangsgrößen U/U₀ aller acht Zeilen (Bezugszeichen 14 bis 21) kontinuierlich dargestellt. Verbindet man die Amplituden der Ausgangsgrößen U/U₀ des Ziels A durch eine Linie, so erhält man eine Gerade. Es liegt eine konstante Amplitude und damit keine Modulation des Zieles vor. Verfährt man entsprechend bei Ziel B, so erhält man für die Ausgangsgröße U/U₀ eine Kurve, die etwa dem Verlauf der Modulationsgeschwindigkeit des IR- Zieles B entspricht. Das Zeilenpaket von Zeile 1 bis Zeile 8 gehört jeweils zu einem Bild. Danach beginnt das nächste Bild.

Die zugehörige Spektralverteilung E/E₀ (E₀=maximale Spannung) der Ausgangsgröße U/U₀ von Ziel A und Ziel B zeigen die Fig. 6 und 7. Man erkennt in Fig. 6, daß das Spektrum von Ziel A nur als Linien besteht, deren Frequenzen der Zeilenfrequenz f_Z des IR-Bildgerätes und deren Vielfachem entsprechen. Im Spektrum des in Fig. 7 dargestellten modulierten Zieles B sind dagegen noch zusätzliche Linien vorhanden, die aus der Überlagerung der Zeilenfrequenz f_Z und deren Vielfachen mit der Modulationsfrequenz f_M stammen. Diese zusätzlichen Spektrallinien werden nach der der Erfindung zugrundeliegenden Erkenntnis als Kriterium dafür benutzt, daß eine Zielmodulation vorliegt.

Nach der Erfindung wird im Anschluß an die IR-Detektoreinrichtung ein Filter verwendet, dessen gestrichelt dargestellte Durchlaßcharakteristik in Abhängigkeit von der Frequenz f in Fig. 8 zu sehen ist. Es handelt sich hierbei um einen vergrößerten Ausschnitt der Fig. 7, wobei die durchgezogenen Linien die entsprechenden Spektrallinien darstellen. Das Filter ist so dimensioniert, daß die Spektrallinien die aus der Überlagerung der Zeilenfrequenz f_Z und deren Vielfachen mit der Modulationsfrequenz f_M stammen, in den Durchlaßbereich des Filters fallen, die Zeilenfrequenz f_Z und ihre Vielfachen jedoch gesperrt werden. Filter mit solchen Eigenschaften sind aus der Technik der Pulsdoppler-Radargeräte bekannt und werden als Kammfilter bezeichnet.

Schickt man die aus den beiden Zielen A und B gewonnene Ausgangsspannung der IR-Detektoreinrichtung in nur ein Filter, wie es vorstehend beschrieben ist, so erhält man am Filterausgang eine Spannung des modulierten Zieles B, ohne allerdings aus dieser Spannung ableiten zu können, an welcher Stelle der Zeile sich das Ziel B befindet. Man erkennt aus Fig. 5, daß die Kurve, welche die Amplituden der Ausgangsgröße U/U₀ von Ziel B verbindet, die auch gleichzeitig den Verlauf der Spannung am Filterausgang wiedergibt, sich über mehrere Zeilen erstreckt. Es ist also eine Angabe über die Lage des Zieles B im Gesichtsfeld nicht mehr möglich.

Dieser Nachteil wird beseitigt, indem man eine Vielzahl von Einzelfiltern, eine sogenannte Filterbank einsetzt, um die Lageinformation des modulierten Zieles B zu restaurieren. Eine solche Anordnung zeigt Fig. 9. Filterbänke in ähnlicher Art sind aus der Technik der Pulsdoppler- Radargeräte bekannt. Fig. 9 zeigt als Blockschaltbild eine Filterbank mit sechs Einzelfiltern 22 bis 27 als Beispiel. Diese sechs Einzelfilter 22 bis 27 werden während der Dauer einer Zeile nacheinander mit Hilfe einer taktgesteuerten Logikschaltung 28 und jeweils einem Eingangs- und einem Ausgangsschalter 29 bis 34 bzw. 35 bis 40 durchgeschaltet. Jedes der Einzelfilter 22 bis 27, denen jeweils noch ein Gleichrichter 41 bis 46 nachgeschaltet ist, wird für die Zeitdauer von hier einem Sechstel der Zeilendauer T_Z eingeschaltet. Der Filterbank wird die Ausgangsgröße U/U₀ der IR- Detektoreinrichtung zugeführt. Das gerade eingeschaltete Einzelfilter 22 bis 27 gibt nur dann eine Ausgangsspannung U_aus ab, wenn zu dieser Zeit die Ausgangsgröße U/U₀ der IR-Detektoreinrichtung die Modulation eines IR- Zieles B trägt.

In Fig. 10 sind oben in Abhängigkeit von der Zeit t die Ausgangsgrößen U/U₀ IR-Detektoreinrichtung für die Zeilen Nummer 5 und 6 (Bezugszeichen 18 und 19 wie in Fig. 4) herausgezeichnet. Darunter sind in zeitlicher Übereinstimmung die von der Logikschaltung 28 kommenden Einschaltimpulse, während welcher die sechs Einzelfilter 22 bis 27 durchgeschaltet sind, in Abhängigkeit von der Zeit t angegeben. Darunter ist schließlich ebenfalls in Abhängigkeit von der Zeit t die Ausgangsspannung U_aus der modulierten IR-Ziele B dargestellt. Es läßt sich daraus erkennen, daß das Zielsignal des modulierten Ziels B über die Einzelfilter 5 und 6 sowie zum Teil auch bereits über das Einzelfilter 4 läuft. Aufgrund der jeweils festgelegten Durchschaltzeit dieser Filter läßt sich dann auf die Positionierung dieses Zieles in den einzelnen Zeilen und damit auch im gesamten Gesichtsfeld des IR-Gerätes schließen.

Claims (6)

1. Einrichtung zur Darstellung eines Infrarot- oder Fernsehbildes mit zeilen- und bildweise erfolgender Abtastung des von einer Optik vorgegebenen Gesichtsfeldes, das mittels eines Abtastsystems möglichst lückenlos über eine die auftreffende Infrarot- bzw. sichtbare -Strahlung in eine der Strahlungsleistung proportionale und der Weiterverarbeitung dienende elektrische Größe umwandelnde Detektoreinrichtung geführt wird, so daß nach Ablauf einer bestimmten Zeit das Gesichtsfeld einmal vollständig von der Detektoreinrichtung abgetastet wurde und der Abtastvorgang neu beginnt, wobei an den Ausgang der Detektoreinrichtung vor der Einrichtung zur Weiterverarbeitung ein Filter angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungscharakteristik des Filters kammfilterartig so dimensioniert ist, daß Signale mit der Zeilenfrequenz (f_Z) und mit Vielfachen davon gesperrt und Signale mit Frequenzen in den dazwischenliegenden Bereichen durchgelassen werden.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Ausgangssignal der Detektoreinrichtung beaufschlagte Filter als eine aus mehreren Einzelfiltern (22 bis 27) bestehende Filterbank ausgebildet ist und daß eine taktgesteuerte Logikschaltung (28) vorgesehen ist, welche während der Dauer einer Zeilenabtastung die Einzelfilter (22 bis 27) lückenlos nacheinander mittels in jedem Einzelfilterkanal liegender Eingangs- und Ausgangsschalter (29 bis 34, bzw. 35 bis 40) durchschaltet.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Verwendung als Infrarot- oder Fernsehbildgerät und/oder Infrarot- oder Fernsehzielfolgegerät.

4. Einrichtung nach Anspruch 3 in Form eines Zielfolgegerätes, gekennzeichnet durch die Verwendung zur Zielverfolgung von Hubschraubern.

5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß aus einer Vielzahl von Zielen und Landschaftsstrukturen Ziele mit modulierter Strahlung ausgewählt werden.

6. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem IR- oder Fernsehbildgerät Ziele mit modulierter Strahlung, z. B. Hubschrauber oder Jammer durch Symbole, z. B. Kreuz, Kreis oder Quadrat, markiert werden, die aufgrund einer geeigneten Verarbeitung der Filterausgangsgröße gewonnen werden.