DE3245398C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Selektieren eines Punktzieles - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Selektieren eines weit entfernten Punktzieles aus Wärmebild- oder Fernsehsignalen gegenüber einem flächigen Hintergrund sowie Signalisierung dieses Zieles auf einer Anzeige.

Ein solches Verfahren enthält die DE-PS 22 20 316. Hierbei wird eine Modulationsscheibe mit einem schachbrettartig ausgebildeten Muster, dessen zweierlei Felder für Wärmestrahlung entweder transparent oder nichttransparent ausgebildet sind, durch ein Bildfeld bewegt. Aufgrund der hinsichtlich ihrer Temperatur unterschiedlichen Strukturierung von Ziel und Hintergrund kann eine Aussage über die Art des Zieles getroffen werden. Dieses an sich durchaus brauchbare Verfahren hat jedoch einmal den Nachteil, daß die Aussage nur aufgrund von 50% der verfügbaren Energie gemacht werden muß und daß zum anderen durch die Rasterfelder der Modulationsscheibe hindurch nur jeweils Teile eines Zieles abgebildet werden können, so daß insgesamt gesehen keine einwandfreie Abbildung, sondern mehr oder weniger nur eine Ja/Nein-Aussage zustandekommt.

Aus der DE-PS 27 15 997 ist sodann eine Aperturkorrektur bei einem Wärmebildgerät bekannt, das mit mehreren Detektoren und einem ein Analog-Schieberegister aufweisenden Filter arbeitet. Hiermit ist es möglich, in den Detektoren gespeicherte Informationen über einen Multiplexer nacheinander abzufragen und im Zuge dieser Abfrage die Form der Schwingungszüge durch das allen Detektoren gemeinsame Filter zu korrigieren. Für eine Punktziel-Flächentrennung ist dieses Filter weder ausgelegt noch seine Verwendung vorgesehen.

Aus der DE-PS 16 23 425 ist schließlich noch ein sogenanntes IR-Linescan-Verfahren bekannt, das das Prinzip des Abtastens von Wärmebildern mit Hilfe einer bewegten Detektorreihe und die anschließende zweifache optoelektrische Energieumwandlung bis hin zur Anzeige der empfangenen Wärmesignale behandelt. Auch mit diesem Verfahren ist eine Punktziel-Flächentrennung nicht möglich.

Die Aufgabe der Erfindung wird in einer Verbesserung der gattungsgemäßen Punktziel-Flächentrennung dahingehend gesehen, daß eine sichere Identifizierung eines Punktzieles möglich wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die am Ausgang eines oder mehrerer Vorverstärker anstehenden Frequenzspektren mit den für ein Punktziel typischen Frequenzen des speziellen Gerätes verglichen werden und das erkannte und selektierte Punktziel auf der Anzeige bildlich dargestellt wird.

Dieses Verfahren bietet die größtmögliche Gewähr, aus einer Vielzahl weit entfernter und daher in der Regel schwer zu unterscheidender Ziele - wie Hubschrauber oder anfliegende Raketen - Punktziele zu erfassen, weil außer der Wärme das einem Punktziel eigene Spektrum geräteseitig als weiteres Kriterium zum Vergleich herangezogen wird. Ferner steht für die Auswertung die - abgesehen von der atmosphärischen Trübung - volle Energie zur Verfügung, d. h. sie wird nicht noch durch geräteinterne Modulationsraster und dgl. geschwächt.

In vorstehendem Zusammenhang ist es vorteilhaft, daß für den Vergleich der Spektren wenigstens zwei auf zwei charakteristische Frequenzen eines Punktzieles abgestimmte selektive Filter verwendet werden. Es ist dies ein vergleichsweise einfaches Verfahren sowohl für den visuellen als auch für den Wärmebereich. Im Fall beispielsweise einer Rakete nützt man ihre eigene Wärmeabstrahlung aus, die sodann das einzig denkbare zusätzliche Unterscheidungskriterium zu der Punktform des Zieles darstellt.

Was die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens anbetrifft, so ist es von Vorteil, daß die Schwingungszüge der am Ausgang des oder der Vorverstärker anstehenden Signale derart in die Speicher des Filters eingetaktet werden, daß ein Schwingungszug oder ein ganzzahliges Vielfaches der zu analysierenden Frequenz des Punktziel-Frequenzspektrums die Speicherplätze des Filters füllt, sie anschließend zum Zweck der Analyse ihrer typischen Frequenzspektren mit einer im Vergleich zur Eingabe erheblich schnelleren Taktfrequenz wieder ausgelesen und einem auf diese schnelle Taktfrequenz abgestimmten Schwingkreis zugeführt werden, und daß in einem Demodulator die Hüllkurve der Schwingkreisamplituden gewonnen wird. Dadurch läßt sich selbst für den Fall, daß in dem Speicher nur ein Schwingungszug eingetaktet wird, ein Vielfaches an Schwingungszügen auslesen, so daß dann ein Schwingkreis, der auf diese erhöhte Auslesefrequenz abgeglichen ist, auch die erforderliche Zeit zum Ein- und Ausschwingen besitzt.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß der kleinere von beiden Amplitudenwerten der für ein Punktziel charakteristischen Frequenzen mit einer fest eingestellten Verstärkung auf den Wert des anderen angehoben und anschließend durch Verhältnisbildung der zugehörigen Ausgangsspannungen bei Punktzielen der Wert 1 und bei Flächenzielen ein Wert <1 erhalten wird.

Eine entsprechend zweckmäßige Vorrichtung besteht darin, daß die Schwingkreise aus Induktivitäten und Kapazitäten oder aus aktiven Filtern bestehen können.

Im folgenden wird an Hand einer Zeichnung ein spezielles Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert, bei dem die zu verarbeitenden Signale durch ein Wärmebildgerät mit einzelnen oder vielen Detektoren erzeugt werden. Es zeigt

Fig. 1 das Zeit-Weg-Diagramm eines von einem Detektorelement abgetasteten Punkt- und eines Flächenzieles,

Fig. 1a die Ausbildung der in der Praxis angewandten Detektorreihe,

Fig. 2 die zu den Punkt- und Flächenzielen gemäß Fig. 1 gehörigen Frequenzspektren und

Fig. 3 die erfindungsgemäße Operation als Blockschaltbild.

In dem Diagramm der Fig. 1 ist schaubildhaft dargestellt, welche Signale das sich in (horizontaler) Richtung des Pfeils 3 Fig. 2 bewegende Detektorelement 1 einmal von einem Punktziel 4 und einmal von einem Flächenziel 5 erzeugt. Hierbei steht dieses Detektorelement für ein mit einzelnen oder auch vielen Detektoren arbeitendes Wärmebildgerät als Signalquelle, wobei die Detektoren in Reihenform (array) sowie die Detektoren der einzelnen Reihen sich in ihren Endbereichen gemäß Fig. 1a überlappend (gestaggert) ausgebildet sind.

In Fig. 2 sind die Spannungssignale 4′ und 5′ als Funktion der Frequenz bei dem Punktziel 4 und dem Flächenziel 5 gemäß Fig. 1 dargestellt, wobei die beiden Frequenzen f₁ und f₂ diejenigen sein sollen, die für ein Punktziel charakteristisch sind. Auf diese beiden Frequenzen ist der sich aus den beiden Filtern 6′ und 6′′ zusammensetzende Analysator 6 der Fig. 3 abgestimmt. Jedes der Filter besteht aus einem mit einer Anzahl von Speicherplätzen versehenen Speicher etwa in Form eines Analogschieberegisters. In ein solches Filter werden die an einem oder mehreren Vorverstärkern 7 (Fig. 1a) - die entsprechenden Detektoren 2 nachgeschaltet sind - anstehenden Signale eingelesen und später durch Ausrotieren zugehöriger Ringschalter wieder ausgelesen. Bei dem Erkennungsvorgang, um welche Art von Ziel es sich handelt, wird mittels des Verstärkers 9 die niedere Frequenz f₂ jeweils um denselben, durch den Doppelpfeil 10 symbolisierten Betrag auf die Größe der Frequenz f₁ angehoben und anschließend in 11 das Verhältnis oder ein Vergleich gebildet. Die Schaltung ist hierbei so ausgelegt, daß ein Betrag "1" als Ergebnis Punktziel signalisiert, während es sich bei einem Ergebnis "<1" um ein Flächenziel handelt. Das im anstehenden Zusammenhang allein interessierende Punktziel wird sodann auf dem Monitor 12 dargestellt. Bei Wärmebildzielen, die mit einer größeren Anzahl von Einzeldetektoren arbeiten, ist an jedem Ausgang 8 (Fig. 1a) der den Einzeldetektoren nachgeschalteten Vorverstärker 7 ein solches Filter notwendig.

Claims (5)

1. Verfahren zum Selektieren eines weit entfernten Punktzieles aus Wärmebild- oder Fernsehsignalen gegenüber einem flächigen Hintergrund sowie Signalisierung dieses Zieles auf einer Anzeigevorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die am Ausgang (8) eines oder mehrerer Vorverstärker (7) anstehenden Frequenzspektren (4′; 5′) mit den für ein Punktziel typischen Frequenzen (f₁; f₂) verglichen werden und das erkannte und selektierte Punktziel (4) auf der Anzeigevorrichtung (12) bildlich dargestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den Vergleich der Spektren (4′; 5′) wenigstens zwei auf zwei charakteristische Frequenzen (f₁; f₂) eines Punktzieles (4) abgestimmte selektive Filter (6′; 6′′) verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungszüge der am Ausgang des oder der Vorverstärker (7) anstehenden Signale derart in die Speicher des Filters (6′; 6′′) eingetaktet werden, daß ein Schwingungszug oder ein ganzzahliges Vielfaches der zu analysierenden Frequenz des Punktziel-Frequenzspektrums die Speicherplätze des Filters füllt, sie anschließend zum Zweck der Analyse ihrer typischen Frequenzspektren (4′; 5′) mit einer im Vergleich zur Eingabe erheblich schnelleren Taktfrequenz wieder ausgelesen und einem auf diese schnelle Taktfrequenz abgestimmten Schwingkreis zugeführt werden, und daß in einem Demodulator die Hüllkurve der Schwingkreisamplituden gewonnen wird.

4. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der kleinere von beiden Amplitudenwerten (f₂) der für ein Punktziel charakteristischen Frequenzen (f₁; f₂) mit einer fest eingestellten Verstärkung (10) auf den Wert des anderen angehoben und anschließend durch Verhältnisbildung der zugehörigen Ausgangsspannungen bei Punktzielen der Wert 1 und bei Flächenzielen ein Wert <1 erhalten wird.

5. Analysator, der zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorausgehenden Ansprüche im wesentlichen aus Filtern besteht und dadurch gekennzeichnet ist, daß sich die Schwingkreise der Filter (6′; 6′′) aus Induktivitäten und Kapazitäten oder aus aktiven Filtern zusammensetzen.