DE3535753C1 - Signalprozessor - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft allgemein Signalprozessoren für
die Verwendung zum Bearbeiten von Videodaten und ähnlichem
und speziell Signalprozessoren für die Verwendung
mit Multisensorbildsystemen, wie z. B. Vorwärtssicht-Infrarotbildsystemen
oder ähnlichem, die elektronisch verstärkte
und aufgebesserte Videobilder schaffen, die auf
einem Videomonitor dargestellt werden.
Herkömmliche Vorwärtssicht-Infrarotsensorsysteme (forward
looking infrared sensor systems=FLIR) und ähnliches
werden als Nachtsichtsysteme in Flugzeugen, Panzern,
Schiffen und anderen Militärfahrzeugen eingesetzt. Herkömmliche
FLIR-Systeme umfassen beispielsweise ein Sensorsystem,
einen Signalprozessor und eine Videoanzeigeeinheit.
Der Sensor umfaßt eine große Zahl von Detektoren,
deren Ausgangssignale gemultiplext und dem Signalprozessor
zugeführt werden. Der Signalprozessor entmultiplext,
verbessert und wandelt die Sensorsignale elektronisch
in Videosignale um, die zu der Videoanzeigeeinheit
kompatibel sind und führt die verbesserten Videosignale
der Anzeige zu, so daß sie von dem Fahrzeugführer betrachtet
werden können. Obwohl alle FLIR-Systeme Signalprozessoren
beinhalten, variiert deren Kompliziertheit und
Bildverbesserungsqualitäten stark von System zu System.
Beispielsweise weisen bekannte Systeme typischerweise
Empfindlichkeitsausgleichsschaltkreise, Schaltkreise zur
automatischen Verstärkungsregelung und Videoverdichtungssschaltkreise
(video compacting circuitry) auf. Diese
bekannten Systeme verwenden jedoch analoge Schaltkreise,
um die Verstärkungsregelung und die Videoverdichtung zu
bewirken und weisen manuell zu betätigende Potentiometer
auf, um den Empfindlichkeitsausgleich zu bewirken. Die
Verwendung von manuell kalibrierten, analogen Systemen in
bekannten FLIR-Signalprozessoren und ähnlichem führt zu
nicht optimalen Leistungen dieser Systeme.
Obwohl allgemein auf starrende Brennebenendetektorfeldanordnungen
(staring focal plane detector arrays)
gerichtet, werden in einer Veröffentlichung mit dem Titel
"Reference-free non uniformity compensation for IR-
imaging arrays", SPIE, Band 252, smart sensors II, 1980,
Seiten 10 bis 17, herkömmliche Probleme beim Verarbeiten
von Infrarotsignalen diskutiert und ein referenzfreies
Kompensationsschema beschrieben, um einen automatischen
Empfindlichkeitsausgleich zu ermöglichen. Das in diesem
Schriftstück beschriebene Kompensationsschema verwendet
Bildszenenstatistik, um ein Signal abzuleiten, das zum
Inkrementieren einer Temperaturkompensation geeignet
ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, derartige Probleme
zu vermeiden. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt
durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Signalprozessor
geschaffen, der zusammen mit einem Bildsensorsystem, wie
z. B. einem Vorwärtssicht-Infrarotsystem (FLIR) oder ähnlichem
verwendet werden kann. Das FLIR-System besteht
beispielsweise aus einer Mehrzahl von Sensoren oder Detektoren,
die eine abzubildende Bildszene während eines
ersten Teiles eines Abtastzyklus (dem aktiven Teil) abtasten
und die eine interne Referenztemperaturquelle
während eines zweiten Teils des Abtastzyklus (dem inaktiven
Teil oder dem Rücklaufteil) abtasten. Der Signalprozessor
gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt verbesserte
Videoausgangssignale für eine Videoanzeige oder
einen Monitor, die die Bildszene darstellen.
Der Signalprozessor weist einen an das Bildsensorsystem
gekoppelten Eingabeprozessor auf, der die von der Vielzahl
der Detektoren abgeleiteten analogen Signale verarbeitet.
Der Eingabeprozessor ist derart ausgelegt, daß
die analogen Signale während des aktiven Teiles des Abtastzyklus
relativ zueinander auf der Basis von gespeicherten
Daten, die durch einen vorbestimmten Kalibrierungsprozeß
der Detektoransprechempfindlichkeit erhalten
worden sind, normiert werden. Diese Normierungsfunktion
gleicht die Verstärkungen der einzelnen Kanäle des Sensorsystems
aus. Der Eingabeprozessor verarbeitet die
analogen Signale auch dahingehend, daß die Gleichstrompegel
von jedem der Sensorkanäle entsprechend den
Gleichstromwerten regeneriert werden. Die der Referenztemperaturquelle
während des inaktiven Teils des Abtastzyklus entsprechen. Diese Gleichstromrückspeicherfunktion
bzw. Gleichstrompegelhaltung wird während des
Kalibrierungsvorgangs und während des Betriebs des
Systems durchgeführt. Der Eingabeprozessor verarbeitet
die normierten und gleichstrommäßig regenerierten Signale,
um daraus erste digitalisierte Ausgangssignale bereitzustellen.
Der Signalprozessor weist auch einen an den Eingabeprozessor
angeschlossenen Abtastumwandler auf, der die digitalisierten
ersten Ausgangssignale in einem Speicher
ablegt und die gespeicherten digitalisierten Signale zu
zweiten digitalisierten Ausgangssignalen weiterverarbeitet,
die zu einem Videomonitor kompatibel sind. Der Abtastumwandler
dient als ein Demultiplexer und als Interpolationsvorrichtung
für den Signalprozessor. An den Abtastumwandler
ist ein Ausgabeprozessor angeschlossen, der
dazu verwendet wird die zweiten digitalisierten Ausgangssignale
derart zu verarbeiten, daß eine softwaregesteuerte
digitale Bildverbesserung mit ihnen möglich ist
und der die verbesserten zweiten digitalisierten Ausgangssignale
in von dem Videomonitor verarbeitbare analoge
Videoausgangssignale umwandelt.
Während des Betriebs wird das FLIR-System mit einem Signalprozessor
gemäß der vorliegenden Erfindung zuerst kalibriert.
Das FLIR-System kann beispielsweise 160 Detektorelemente
aufweisen, deren Ausgangssignale vor deren
Zuführung zu dem Signalprozessor gemultiplext werden. Die
Detektoren sind typischerweise vertikal ausgerichtet und
werden horizontal quer zu einer Bildszene abgetastet.
Während des Kalibrierungsprozesses werden die Detektoren
über eine gleichförmige Schwarzkörperstrahlungsquelle
abgetastet. Jedes der Detektorelemente weist eine unterschiedliche
Ansprechempfindlichkeit bzw. Verstärkungsfaktor
auf und jedes hat während eines jeden Abtastzyklus
unterschiedliche Gleichspannungspegelfehler. Die Sensoren
werden während des aktiven Teiles des Abtastzyklus
vor der gleichförmigen Temperaturquelle abgetastet und
während eines Rücklaufteiles des Zyklus werden sie vor
einer internen Referenztemperaturquelle abgetastet. Der
Kalibrierungsprozeß wird für ungefähr 30 bis 40 Abtastzyklen
durchgeführt.
Für alle Detektorkanäle werden Korrekturfaktoren für die
Verstärkung automatisch während des Kalibrierungsprozesses
errechnet. Die Korrekturfaktoren für die Verstärkung
bzw. die Verstärkungskorrekturkonstanten sind für jeden
Detektor festgelegt und ändern sich während des normalen
Betriebs nicht. Die Verstärkungskorrekturkonstanten werden
in einem nicht-flüchtigen Speicher in dem Eingabeprozessor
gespeichert und werden durch das Einschalten
des Systems wiedergewonnen. Die Gleichstromfehlerkorrekturfaktoren
werden während eines jeden Abtastzyklus errechnet
und den augenblicklich bearbeiteten Sensorsignalen
zugefügt. Ein Mikroprozessor oder ähnliches wird zur
Berechnung und zur Steuerung der Signalverarbeitung in
dem Eingabeprozessor verwendet.
Die verstärkungsmäßig und gleichstrompegelmäßig korregierten
Signale werden dann digitalisiert und in einem
Abtastumwandlerspeicher gespeichert. Der Abtastumwandler
umfaßt einen Interpollationsbereich, der die jedem Abtastzyklus
zugehörigen digitalen Daten in ein Datenfeld
umwandelt, welches mit dem Videomonitor kompatibel ist.
Beispielsweise kann das Sensorsystem 160 Videobildzeilen
umfassen, entsprechend der Tatsache, daß es 160 vertikal
zugeordnete Detektoren hat, die in 480 durch den Videomonitor
zu verarbeitende Bildzeilen umgewandelt werden
müssen.
Der Ausgabeprozessor umfaßt eine in dem nichtflüchtigen
Speicher gespeicherte Nachschlagetabelle (look-up table).
Die Nachschlagetabelle weist eine gespeicherte Umwandlungskurve
auf, anhand der die Bildverbesserungsfunktion
durchgeführt wird. Die Nachschlagetabelle wird
unter Verwendung von statistischen Berechnungen aufgrund
eines Histogramms und eines im Mikroprozessor implementierten
Histogrammausgleichsalgorithmus abgeleitet. Ein
in dem Mikroprozessor implementiertes Softwaresteuerprogramm
führt die Bildverbesserungsfunktionen durch, die
die Bilder auf dem Videomonitor verbessern. Diese Funktionen
wie automatische Pegelsteuerung, automatische Verstärkungssteuerung,
Videobildverdichtung, Bildinversion
und Gammakorrektur können implementiert werden. Der Ausgabeprozessor
umfaßt auch einen Aperturkorrekturschaltkreis,
durch den die horizontale Modulationsverstärkung
(horizontal modulation transfer function=MTF) des
Systems gesteigert wird, um die Frequenzantwort des
Systems zu verbessern.
Die softwaregesteuerten digitalen Bildverbesserungsmöglichkeiten
der vorliegenden Erfindung können unter Verwendung
einer relativ geringen Anzahl von Standard-IC's
implementiert werden. Das System ermöglich eine anpassende
Kalibrierung, dadurch daß die Verstärkungsfaktoren
aller Sensorkanäle während des Kalibrierungsprozesses
angeglichen werden und die Kalibrierungsfaktoren unbegrenzt
zur Verwendung durch das System gespeichert werden.
Die Temperatur der Referenztemperaturquelle muß für
ordnungsgemäße Funktion des Systems nicht bekannt sein.
Die Gleichstrompegel aller Detektoren des Systems werden
automatisch auf die durch die Referenztemperaturquelle
bestimmte Gleichstromreferenztemperatur eingestellt.
Während der Kalibrierung oder während des Betriebs sind
keinerlei manuelle Abstimmungen vorzunehmen.
Die Bildverbesserungsfunktionen werden durch eine
Nachschlagetabelle anstelle des Berechnens mittels analoger
Schaltkreise, wie dies bei herkömmlichen Signalprozessoren
der Fall ist, zur Verfügung gestellt. Durch
Verwendung von digitalen Bildverarbeitungssschaltkreisen
und -techniken wird ein großer Dynamikbereich erreicht.
Durch den Aperturkorrekturschaltkreis wird ein verbesserter
Frequenzgang des Systems erreicht. Die Flexibilität
und die Ausbaufähigkeit des Systems ist möglich und
kann durch Änderung des Softwareprogramms durchgeführt
werden.
Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung zum Inhalt.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer
Ausführungsform anhand der Zeichnung.
Es zeigt
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Signalprozessors gemäß
der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines
Eingabeprozessors für die Verwendung mit dem Signalprozessor
nach Fig. 1,
Fig. 3 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines
Ausgabeprozessors für die Verwendung mit dem Signalprozessor
nach Fig. 1,
Fig. 4 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines
Aperturkorrekturschaltkreises für die Verwendung
mit dem Ausgabeprozessor von Fig. 3,
Fig. 5 ein Funktionsblockdiagramm des Signalprozessors
nach Fig. 1, und
Fig. 6 einen Graphen eines typischen Histogramms überlagert
mit einer repräsentativen Übertragungskurve
die durch den Ausgabeprozessor der vorliegenden
Erfindung implementiert wird.
Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm eines Signalprozessors 20
gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Signalprozessor
ist zum Empfang analoger Eingangssignale ausgelegt, die
aus einer Videosignalquelle abgeleitet sind, und führt
die verarbeiteten Signale einem Videomonitor zu. Der
Signalprozessor 20 wird anhand seiner Verwendung in einem
Vorwärtssicht-IR-System (FLIR-System) beschrieben. Es sei
jedoch darauf hingewiesen, daß auch andere Bildsensoren,
wie synthetische Aperturradarsystem (synthetic aperture
radar systems) oder Standardvideosensoren den Signalprozessor
20 auch verwenden können, und daß sich die vorliegende
Erfindung nicht auf die Verwendung mit FLIR-
Systemen beschränkt.
Der Signalprozessor 20 weist einen Eingabeprozessor 21
auf, dessen Eingänge zum Empfang von analogen Eingangssignalen
ausgelegt sind, die von FLIR-Sensoren abgeleitet
sind. Der Eingabeprozessor 21 führt einen automatischen
Ansprechempfindlichkeitsausgleich und eine Gleichspannungsregenerierungsfunktion
durch und wandelt die analogen
Signale in digitale Signale um, die kompatibel zu
einem digitalen Abtastumwandler 22 sind, der an dessen
Ausgang angeschlossen ist.
Der digitale Abtastumwandler 22 ist um Demultiplexen
der zugeführten Signale und zum Umwandeln dieser in zu
dem Videomonitor kompatible Signale ausgelegt. Der Abtastumwandler
22 wandelt von einem vertikalen Detektorfeld,
das horizontal abgetastet wird, abgeleitete Bilddaten
in zu dem Standard-TV-Format kompatible
Daten um, dem ein horizontales Feld, das vertikal abgetastet
wird, zugrundeliegt. Der Abtastumwandler 22
führt eine orthogonale Drehung der Bilddaten auf zeitlicher
Basis durch und bewirkt anschließend die Re-Formatierung
der Bildszenendaten.
Der Abtastumwandler 22 hat einen Ausgang, an dem ein Ausgabeprozessor
23 angeschlossen ist. Der Ausgabeprozessor
23 wird derart zur Weiterverarbeitung der reformatierten
Daten verwendet, daß eine softwaregesteuerte digitale
Bildverbesserung durchführbar wird. Zusätzlich wandelt
der Ausgabeprozessor 23 die verbesserten reformatierten
Signale in analoge Videoausgangssignale um, die mit dem
Videomonitor kompatibel sind.
Ein Zeitgeberschaltkreis 24 wird zur Steuerung des Taktes
der Signale in dem Signalprozessor 20 und zum
Synchronisieren des Durchschleusens der Daten aus der
FLIR-Signalquelle zu dem Videomonitor verwendet. Ein
Rechnerbaustein, wie ein Mikroprozessor 25 oder ähnliches,
ist mit den Komponenten des Signalprozessors 20
verbunden, um dessen Datenverarbeitungsfunktionen zu
steuern. Der Mikroprozessor 25 steuert die Verarbeitung
der analogen Eingabedaten, um die Verstärkungsausgleichsfunktion
in dem Eingabeprozessor 21 zu inplementieren
und steuert die Berechnung des Algorithmus, durch
den das Histogramm und die Übertragungsfunktion in der
Nachschlagetabelle in dem Ausgabeprozessor 23 erzeugt
wird. Ein tieferes Verständnis der Funktion des Mikroprozessors
25 wird sich aus den nachfolgenden Erläuterungen
der detaillierten Figuren ergeben.
Fig. 2 zeigt ein detailliertes Blockdiagramm einer Ausführungsform
des Eingabeprozessors 21. Dieser Teil des
Signalprozessors 20 umfaßt einen Summierschaltkreis
31, dem als Eingangssignale die analogen Eingangssignale
der FLIR-Signalquelle und analoge Signale zugeführt werden,
die die Korrekturkonstanten für den automatischen
Ansprechempfindlichkeitsausgleich und die Korrekturfaktoren
für die Gleichspannungsregenerierung (DCR) darstellen.
Die Signalausgabe des Summierschaltkreises 31
wird durch einen ersten A/D-Umwandler 32 (analog/digital-
Umwandler) weiterverarbeitet und dann dem Abstammwandler
22 zugeführt.
Der automatische Ansprechempfindlichkeitsausgleich und
die Gleichspannungsregenerierung sind bei der Signalverarbeitung
allgemein bekannte Konzepte. Beispielhafte
Schaltkreise zur automatischen Ansprechempfindlichkeitssteuerung
sind von dem US-Patent Nr. 43 45 148 mit dem
Titel "Automatic responsivity control für a CCD imager"
bekannt dessen Inhaber der Anmelder der vorliegenden Erfindung
ist. Eine detaillierte Diskussion dieses Konzepts
erübrigt sich daher.
Der automatische Ansprechempfindlichkeitsausgleich (ARE)
und die Gleichspannungsregenerierungsfaktoren (DCR) werden
durch nachfolgende Schaltkreise erzeugt. Eine Referenzspannung
bzw. eine Schwarzwertreferenzspannung
(clamping voltage reference) wird durch einen Schaltkreis
zur Gleichstrompegelhaltung (DCR clamp reference circuit)
33 erzeugt, der an den Ausgang des D/A-Umwandlers 32 angeschlossen
ist. Der Schaltkreis zur Gleichstrompegelhaltung
ist an einen Aufwärts-/Abwärtszähler 34 angeschlossen,
dessen Ausgang zum Inkrementieren oder Dekrementieren
des Gleichstrompegelfaktors dient. Der Mikroprozessor 25
ist mit einem RAM-Speicher 35, einem nicht-flüchtigen
Speicher 39 und Registerschaltkreisen 36 bzw.
37 für den automatischen Ansprechempfindlichkeitsausgleich
bzw. Schwarzwertpegelhaltung gekoppelt. Der
Schaltkreis 37 für die Gleichstrompegelhaltung ist über
einen ersten D/A-Umwandler 38 mit dem Summierschaltkreis
31 verbunden, während der Schaltkreis 36 für den automatischen
Ansprechempfindlichkeitsausgleich über einen
multiplizierenden D/A-Umwandler 39 mit dem Summierschaltkreis
31 verbunden ist.
Der Abtastumwandler 22 von Fig. 1 ist in keiner Figur in
allen Details dargestellt. Digitale Abtastumwandler
sind allgemein bekannt und die Konstruktion dieser Komponente
des Signalprozessors 20 wird im Rahmen dieser
Anmeldung nicht im Detail erläutert. Repräsentative
Beispiele von Abtastumwandlern, die zur Verwendung in der
vorliegenden Erfindung angepaßt werden können, sind in dem
US-Patent Nr. 39 47 826 mit dem Titel "Scan Converter",
das auf den Anmelder der vorliegenden Erfindung
übertragen wurde, beschrieben.
Der Interpolationsbereich des Abtastumwandlers 22 weist
einen hardwaremäßig implementierten Algorithmus auf, der
beispielsweise das FLIR-Abtastzeilenformat (160 Zeilen
pro Feld bzw. Teilbild) in ein TV-Videoabtastzeilenformat
(240 Zeilen pro Feld bzw. Teilbild) umwandelt. Die spezielle
Implementierung, die in der vorliegenden Erfindung
angewendet wird, umfaßt das Abbilden (mapping) von vier
aufeinanderfolgenden IR-Abtastzeilen auf sechs TV-Abtastzeilen
in einer vorbestimmten kombinatorischen Art
und Weise. Der spezielle Algorithmus bildet vier IR-Abtastzeilen (A,
1/2A+1/2B, B, C, 1/2C+1/2D, D) ab.
Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausführungsform
eines Ausgabeprozessors 23 für die Verwendung in dem
Signalprozessor nach Fig. 1. Der Ausgabeprozessor 23 umfaßt
einen Histogrammerzeugungsschaltkreis 41 der einen
Fensterschaltkreis 45, ein Gatter 42, einen Histogrammschaltkreis
43 und einen Imkrementzähler 44 aufweist. Der
Histogrammerzeugungsschaltkreis 41 ist zur Verarbeitung
digitalisierter Ausgangssignale ausgelegt, die von dem
Abtastumwandler 22 empfangen werden und erzeugt ein Histogramm
von der Anzahl des Auftretens von Signalen in
den einzelnen des Infrarotdetektorintensitätsniveau für
jedes Teilbild bzw. für jede Feldzeit. Der Mikroprozessor
25 ist mit den Histogrammerzeugungsschaltkreis 41 gekoppelt,
um auf die Histogrammdaten zuzugreifen.
Histogrammausgleich ist bei der Technik der Signalverarbeitung
allgemein bekannt und wird daher nachfolgend
nicht im Detail beschrieben. Beispielhafte Histogrammausgleichstechniken
gemäß dem Stand der Technik sind in
dem US-Patent Nr. 39 79 555 mit dem Titel "Histogram
equalization system for display improvement" und dem US-
Patent Nr. 39 83 328 mit dem Titel "Raster display
histogram equalization" beide von dem Anmelder der vorliegenden
Erfindung bekannt.
Der Mikroprozessor 25 verwendet die Histogrammdaten zur
Erzeugung einer Nachschlagetabelle 46, die physikalisch
in den RAM-Speicher abgespeichert wird. Die Histogrammdaten
werden zur Umwandlung der digitalisierten reformatierten
unverbesserten Signale, die von dem Abtastumwandler
22 empfangen werden, in verbesserte Bilddaten
unter der Steuerung des Mikroprozessors 25 verwendet. Die
Nachschlagetabelle 46 umfaßt Daten, die es dem Mikroprozessor
25 erlauben, verschiedene Bildverbesserungsfunktionen,
darunter automatische Pegelkorrektur, automatische
Verstärkungssteuerung, Polaritätsumkehr und Gammakorrektur,
durchzuführen.
Der Ausgabeprozessor 23 weist auch einen D/A-Umwandler
47 auf, der Eingaben aus der Nachschlagetabelle 46
empfängt. Die Ausgabe des D/A-Umwandlers 47 umfaßt Videosignale,
die kompatibel zu den Intensitätspegeln des
Monitors sind. Die Ausgabe des D/A-Umwandlers ist über
einen Aperturkorrekturschaltkreis 49 an einen Ausgangsverstärker
50 gekoppelt, der wiederum ausgangsseitig mit
dem Videomonitor verbunden ist.
Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform des Aperturkorrekturschaltkreises
49 zur Verwendung in dem Ausgabeprozessor
23. Der Aperturkorrekturschaltkreis 49 ist zur Anhebung
des Frequenzgangs des Systems und damit zur Verbesserung
der Modulationsverstärkung bzw. Modulationsübertragungsfunktion
(MTF) des Systems ausgelegt. Der Schaltkreis 49
verwendet ein Zeitverzögerungsglied 52 und ein variables
Widerstandsnetzwerk 53, das einem Summierschaltkreis 54
Signale zuführt. Dieser Schaltkreis arbeitet als ein Kosinusfilter.
Das Kombinieren von zeitverzögerten Signalen
mit augenblicklich bearbeiteten Signalen hebt die Verstärkung
über bestimmten Frequenzen an und verbessert den
Frequenzgang des Systems.
Die Funktionsweise des Signalprozessors 20 gemäß der
vorliegenden Erfindung wird nun anhand von Fig. 5 beschrieben,
in der ein funktionales Blockdiagramm des
Signalprozessors 20 dargestellt ist. Das System wird zusammen
mit seiner Verwendung in einem FLIR-Sensorsystem
beschrieben. Der FLIR-Sensor umfaßt eine Vielzahl von
Detektoren; für diese Erläuterung beispielsweise 160. Die
Ausgangssignale der 160 Kanäle werden in dem FLIR-Sensorsystem
vor der Zuführung zu dem Signalprozessor 20
gemultiplext.
Die gemultiplexten FLIR-Eingangssignale werden dann dem
Summierschaltkreis 31 zugeführt. Die Ausgabe des Summierschaltkreises
31 wird durch den Schaltkreis 36 zum
automatischen Ansprechempfindlichkeitsausgleich bearbeitet.
Verstärkungsfaktoren werden aus dem nicht-flüchtigen
Speicher 39 in den RAM-Speicher 35 eingelesen. Die gespeicherten
Werte werden dann mit den Verstärkungsfaktoren
multipliziert und in dem Summierkreis 31 den analogen
FLIR-Signalen zuaddiert. Zusätzlich werden Gleichstrompegelfaktoren
festgelegt und den FLIR-Signalen in dem
Summierkreis 31 zuaddiert.
Die Ausgabe des Summierschaltkreises 31 umfaßt Signale,
deren Gleichstrompegel regeneriert ist und die relativ
zueinander normiert sind. Diese Signale werden dann in
dem A/D-Umwandler 32 in digitale Daten umgewandelt und
in dem Abtastumwandler 22 gespeichert. Der Abtastumwandler
arbeitet derart, daß die digitalen Daten reformatiert
und interpoliert werden, um die Anzahl der Abtastzeilen
so einzustellen, daß sie kompatibel zu dem Videomonitor
ist. Die Ausgabe des Abtastumwandlers 22 wird dann dem
Ausgabeprozessor 23 zugeführt.
Der Ausgabeprozessor 23 verwendet des Histogrammerzeugungsschaltkreis
43 und den Mikroprozessor 25, um in dem
RAM-Speicher die Nachschlagetabelle 46 zu erzeugen, die
die Übertragungsfunktionen umfaßt, die das bearbeitete
digitale Videobild aufbessern. Die Nachschlagetabelle
enthält Multiplikationsfaktoren, die auf die digitalen
Videodaten angewandt werden, um die automatische Verstärkungsregelung,
automatische Pegelkorrektur, Polaritätsumkehr
und Gammakorrektur durchzuführen. Die Signale
aus der Nachschlagetabelle 46 umfassen verbesserte digitale
Videosignale, die in dem D/A-Umwandler 47 in analoge
Signale umgewandelt werden und dem Aperturkorrekturschaltkreis
49 zugeführt werden. Der Aperturkorrekturschaltkreis
49 hebt die Signalverstärkung bei vorbestimmten
Frequenzen an. Die Aperturkorrektur kompensiert
einen Modulationsverstärkungsabfall der durch eine unvollkommene
Optik, durch Drift der Videomonitorauflösung
und des Abtastens der Detektoren in dem FLIR-Sensor verursacht
wird.
Nachfolgend wird eine allgemeine Beschreibung eines Signalprozessors
gemäß der vorliegenden Erfindung gegeben,
der als Bauteil in einem Vorwärtssicht-IR-System (FLIR)
verwendet wird. Der Signalprozessor wird nicht anhand
einer bestimmten Figur beschrieben. Der Signalprozessor
verarbeitet acht parallele Kanäle, die 20 gemultiplexte
Signale umfassen, um die Bildreformatierung und Videobearbeitung
durchzuführen, und um 160 parallele Infrarotdetektorausgänge
in standardgemäße 525 Zeilen TV-Videoausgänge,
von denen 480 Zeilen angezeigt werden, umzuwandeln.
Die acht parallelen gemultiplexten Infrarotvideokanaleingänge
umfassen pro Kanal 20 Detektoren. Die Eingangssignale
jedes dieser 20 Kanäle werden einer Gleichstrompegelhaltung
bzw. Schwarzwertkonstanthaltung unterworfen,
bezüglich ihrer Ansprechempfindlichkeit korrigiert und
anhand eines 9-Bit-Intensitätspegels in acht Eingabeprozessorschaltkreisen
digitalisiert. Das digitale Infrarotvideo
wird durch eine orthogonale Translation reformatiert
und in dem Speicher des Abtastumwandlers gespeichert.
Das Bild wird in TV-Koordinaten mit 320 Zeilen mit
752 Abtastpunkten pro Zeile gespeichert. Der Speicher des
Abtastumwandlers umaßt 64 K-RAM-IC's und speichert jedes
Teil- bzw. Einzelbild in 36 IC's. Das gespeicherte IR-
Bild wird parallel vierzeilig ausgelesen und interpoliert,
um die sechs TV-Zeilen eines Videomonitors zu erzeugen.
Das interpolierte Video wird in dem Histgrammspeicher
abgetastet, der die Häufigkeit des Auftretens
jedes der 512 (9-Bit) Intensitätspegel speichert. Das
Histogramm wird bearbeitet, um die automatische Pegel-
und Verstärkungsübersetzung für die Videoanzeigeeinheit zu
erzeugen. Die Pegel- und Verstärkungsregelungsfunktionen
sind durch die RAM-Nachschlagetabelle implementiert, die
jeden IR-Intensitätspegel in einen Videomonitorintensitätspegel
umsetzt. Gammazahlen der Anzeige und Bildinversionskorrekturfaktoren
werden ebenfalls in der
Nachschlagetabelle gespeichert. Die Ausgabe der Nachschlagetabelle
wird in ein analoges Signal umgewandelt,
durch Kosinusfiltertechniken aperturkorrigiert und dann
dem Videomonitor zur Darstellung zugeführt.
Die Hauptfunktionen, die die Videoausgabe beeinflussen,
sind der automatische Ansprechempfindlichkeitsausgleich
(ARE), Gleichstrompegelhaltung bzw. Schwarzwertkonstanthaltung
(DCR), Interpolation, automatische Pegelkorrektur
(ALC), automatische Verstärkungskorrektur (AGC), Gammakorrektur
und Aperturanhebung. Der automatische Ansprechempfindlichkeitsausgleich
und die Gleichstrompegelhaltung
werden parallel in jedem der acht gemultiplexten
Infrarotvideokanäle durchgeführt. ARE-Werte
werden beim Einschalten des Systems aus dem nicht-flüchtigen
Speicher in den RAM-Speicher geladen. Die Gleichstrompegelhaltung
wird kontinuierlich durchgeführt, um
automatisch die thermischen Einflüsse aus der Umgebung
für jeden Detektor des Infrarotsenders zu kompensieren.
Werte für den automatischen Ansprechempfindlichkeitsausgleich
werden durch den Kalibrierungsvorgang erzeugt und
erneuert. Sowohl die Gleichstrompegelhaltung als auch die
Kalibrierung der Ansprechempfindlichkeit basieren auf dem
Abtasten einer gleichförmigen Referenztemperaturquelle
während der inaktiven Abtastzeit bzw. Rückholzeit durch
das Detektorfeld. Die Verweilzeit (dwell time) dieser
Quelle ist relativ kurz (ungefähr 300 Mikrosekunden), ermöglicht
aber genügend Abtastpunkte (32), um jeglichen
Gleichspannungsabfall und thermische Änderung der Bildszene
für jede Abtastperiode zu korrigieren.
Während der normalen Betriebsweise wird jedes dem Signalprozessor
zugeführte analoge Infrarotdetektorsignal
durch Addieren eines Gleichspannungshalteterms und durch
Multiplizieren mit einem Ansprechempfindlichkeitskorrekturtherm
kompensiert, um dem D/A-Umwandler eine Spannung
zuzuführen. Die diese Beziehung definierende Gleichung
ist
e₀ = (2,5 + e₁ - DCR)/(1 + ARE).
Die 2,5-Volt-Konstante zentriert das dem A/D-Umwandler
zugeführte Ausgangssignal.
Die Gleichung
ei = GK T + L,
ei = GK T + L,
wobei G die Kanalverstärkung, K der Ansprechempfindlichkeitsfaktor,
T die vom Detektor erfaßte Temperaturdifferenz
und L eine Pegelabweichung ist, die elektronisch
realisiert ist, bedeutet, daß jede Detektorausgabe
normiert ist, wenn ARE gleich K-1 ist. Diese ARE-Werte
werden in dem anfänglichen Kalibrierungsprozeß errechnet
und in den nicht-flüchtigen Speicher gespeichert. Andere
relevante Gleichungen sind:
ARE = Ki - 1,
DCR = V0 + GK Tsi + Li - VDCR (1 + ARE), und
e0 = VDCR + G (Tsi - Ti).
DCR = V0 + GK Tsi + Li - VDCR (1 + ARE), und
e0 = VDCR + G (Tsi - Ti).
Die DCR-Werte werden für jedes abgetastete Feld bzw.
Teilbild erneuert. Wenn das Detektorfeld bezüglich der
thermischen Referenzquelle abgetastet wird, wird die
Ausgabe des A/D-Umwandlers mit 1,5 Volt verglichen, die
einer erwarteten Referenztemperatur von 20°C über Umgebungstemperatur
und einer Empfindlichkeit von 0,075
V/°C entsprechen. Wenn jeder Detektor mittels eines
Multiplexverfahrens dem Eingabeprozessor zugeführt wird,
wird der zugehörige DCR-Korrekturterm aus dem Speicher
ausgelesen und zur Detektorspannung hinzuaddiert. Der
DCR-Term wird auch zum Voreinstellen des Aufwärts/Abwärts-
Zählers verwendet. Der Spannungsvergleicher bzw.
die Spannungsreferenzquelle schaltet den Zähler in Abhängigkeit
von dem am A/D-Umwandler anliegenden Eingangssignal
entweder aufwärts oder abwärts.
Falls das FLIR-Detektoreingangssignal plus der alte DCR-
Korrekturterm niedrig ist, wird der Zähler auf Aufwärtszählen
geschaltet, bis die Eingabe plus die DCR-Korrektur
gleich (normiert) 1,5 Volt ist. Falls das FLIR-Detektoreingangssignal
plus der alte Term hoch ist, wird der
Zähler auf Abwärtszählen geschaltet, bis die Eingabe normiert
ist. Durch Zuführen verschiedener Abtastpunkte zu
dem Eingang des Zählers wird Rauschen auf ±1 des geringwertigsten
Bits (LSB) des DCR-Terms ausgemittelt. Die
DCR-Korrektur ist ±2 Volt bei einer 8-Bit-Quantisierung
bzw. Digitalisierung, entsprechend einer DCR-Korrektur
von ±16 mVolt oder ±0,3% des Eingangsdynamikbereichs
des A/D-Umwandlers. Die neue DCR-Korrektur wird abgespeichert
und wird zur Korrektur der nächsten aktiven Abtastung
durch das FLIR-System verwendet.
Die Anfangskalibrierung der ARE-Werte wird während des
Kalibriermodus durchgeführt. In diesem Modus "schaut"
das abtastende FLIR-Feld auf ein Ziel mit gleichförmiger
Temperatur. Das FLIR-System tastet daher eine gleichförmige
Quellentemperatur während der aktiven Abtastzeit ab
und tastet die thermische Referenzquelle während des
inaktiven bzw. Rückholteils der Abtastung ab. Wenn alle
Detektoren den gleichen Temperaturunterschied zwischen
dem aktiven Gesichtsfeld und der thermischen Referenz
"sehen", werden die einzigen Unterschiede in den Ausgangssignalen
durch Unterschiede in der Ansprechempfindlichkeit
der Detektoren erzeugt.
Zu Beginn werden die AER-Werte auf Null gesetzt und die
DCR-Abweichung, die für gleichförmige Ausgangssignale
benötigt wird, wird erzeugt. Die mittlere Temperatur der
Kalibrierungsszene bzw. des Kalibrierungsbildes wird
dann aus acht aufeinanderfolgenden Histogrammen errechnet.
Diese mittlere Bildszenentemperatur wird dann als
die Komperatorreferenzspannung zur Festlegung der ARE-
Werte verwendet. Diese selbstanpassende Komperatorreferenz
erlaubt die Kalibrierung des Detektorfelds mit unterschiedlichen
Kalibrierungsbildszenen, wie Himmel, Boden
oder einem Testziel oder ähnlichem. Die ARE-Werte
werden in gleicher Weise wie die DCR-Terme erzeugt, wobei
der Komperator zur Ansteuerung des Aufwärts/Abwärts-Zählers
zur Korrektur der ARE-Werte verwendet wird. Die Erzeugung
der ARE- und DCR-Werte ist ein iterativer Prozeß.
Die ARE-Werte verschieben die DCR-Werte, die wiederum die
ARE-Werte anpassen. Dieser Prozeß ist konvergent und nach
einigen Bildern bzw. abgetasteten Feldern sind die ARE-
und DCR-Terme stabil.
Um die Rauschempfindlichkeit der ARE-Terme weiter zu vermindern,
stellen die aktuell gespeicherten ARE-Werte den
Durchschnitt von 32 aufeinanderfolgenden ARE-Korrekturen
dar. Da die DCR- bzw. ARE-Kalibrierung eine geschlossene
Schleife um den A/D-Umwandler darstellt, werden auch
jegliche Verarbeitungsunterschiede von Kanal zu Kanal
automatisch kompensiert, wobei die gleiche digitale
Ausgabe für jeden Detektor bei gleichem eingegebenen
Temperaturunterschied vorsehen wird.
Die ARE-Kompensation weist einen Multiplikationsfaktor
von 1±0,5 bei einer 8-Bit-Quantisierung für eine Genauigkeit
von ±0,21% am A/D-Umwandler Eingang auf.
Die Interpolation zwischen IR-Abtastzeilen zu TV-Zeilen
erfordert das Abbilden von 320 IR-Zeilen auf eine 525-
Zeilen-TV-Anzeige, von der 480 verwendet werden. Der Interpolationsalgorithmus
bildet vier aufeinanderfolgende
IR-Abtastzeilen auf sechs TV-Zeilen ab. Die Interpolation
wird auf einer IR/TV-Feldbasis bzw. -Bildbasis durchgeführt,
um das Aufbrechen von Bildern (image break-up) zu
vermeiden, das Auftreten würde, wenn das gesamte IR/TV-
Bild (zwei Teilbilder bzw. -felder) interpoliert werden
würde. Diese Einzelteilbildinterpolation, die zwar das
durch die Bild- oder Sensorbewegung verursachte Bildaufbrechen
(image break-up) vermeidet, führt zu einer Auflösungsverringerung
in vertiklaler Richtung. Bei dynamischem
Gesichtsfeld, beispielsweise im Tiefflug, ist jedoch
die resultierende Bildqualität bei dieser Form der
Teilbildinterpolation besser.
Automatische Verstärkungs- und Pegelanpassung wird durch
Erstellen eines Histogramms der Bildszenenintensitäten
erreicht, wodurch sowohl minimale und maximale Intensitäten
aus einem 7,5×10-Grad-Fenster in der unteren
Mitte des Gesichtsfeldes oder von dem gesamten Bild
bestimmt werden. Das Gesichtsfeld bzw. der Blickwinkel
wird durch Verwendung von Gatterschaltkreisen ausgewählt.
Die Verstärkung und der Pegel werden dann so eingestellt,
daß nur Videointensitäten angezeigt werden, die Gegebenheiten
des Terrains darstellen.
Der in dem Mikroprozessor implementierte Softwarealgorithmus
arbeitet bezüglich der Maxima und Minima von Bild
zu Bild als Tiefpaßfilter unter Verwendung folgender
Beziehung:
Mi = K(I-Mi-1) + Mi-1,
wobei I das detektiere Maximum oder Minimum ist, M das
Maximum oder Minimum, das für die nachfolgende Berechnung
verwendet wird, Mi-1 das Maximum oder Minimum für das
vorhergehende Vollbild und K ein Gewichtsfaktor ist.
Unter Verwendung der Maximum- und Minimumwerte nach der
Filterung können die Verstärkungs- und Pegelwerte durch
folgende Gleichung errechnet werden:
G = 2N/(Max - Min)
L = (Max + Min)/2,
L = (Max + Min)/2,
wobei G die Verstärkung, L der Pegel und N die Anzahl
der Bits für den vollen Anzeigedynamikbereich ist.
Die Ausgangstransformation kann durch folgende Gleichungen
errechnet werden:
X(I) = G(I-L) + (2N/2 - 1)
X(I) < 0, X(I) = 0
X(I) < 2N - 1, X(I) = 2N - 1,
X(I) < 0, X(I) = 0
X(I) < 2N - 1, X(I) = 2N - 1,
wobei X(I) der Ausgabewert für die Eingabe I ist, I die
Eingabe für 0 bis 2N-1 und N die Anzahl der
Eingabebits ist.
Das digitale Videosignal aus der Interpolationsvorrichtung
wird dem Histogrammspeicher zugeleitet. Entweder wird das
gesamte Bildfeld oder das kleine Fenster bezüglich des
alternativen bzw. Zweit-TV-Teilbild abgetastet. Jeder
Intensitätspegel erhöht den Zählwert im Speicher für die
jeweilige Intensität. Am Ende von einer IR-Teilbildzeit
wird das Histogramm ausgelesen, um dem Mikroprozessor die
Berechnung der Verstärkungs- und Pegelanpassung zu ermöglichen.
Der Mikroprozessor führt auch eine Tiefpaßfilterung
durch, um mehrere Vollbilddatensätze zu integrieren.
Dann werden die Verstärkungs- und Pegeleinstellungen
aus den gefilterten Daten berechnet.
Die Verstärkungs- und Pegelübertragungsfunktion wird
durch die Nachschlagetabelle bereitgestellt, die durch
den Mikroprozessor in das RAM geladen wird. Die Nachschlagetabelle
(look-up table) wird dazu verwendet, jede
9-Bit digitale FLIR-Intensität in eine 8-Bit-Videoanzeigeintensität
umzuwandeln. Die notwendigen Gammakorrekturfaktoren
für die Anzeige und Bildpolaritätsfaktoren
werden ebenfalls in der Nachschlagetabelle gespeichert.
Nach der A/D-Umwandlung der Videosignale wird eine Aperturvergrößerung
vorgenommen, um den durch die Optik, Anzeigeauflösung
und Detektorabtastung verursachten MTV-
Abfall zu kompensieren. Die Aperturkorrektur schafft eine
Vergrößerung um 6 dB bei der Nyquistabtastfrequenz (0,.54
Zyklus/mrad, T=0,66 Mikrosekunden).
Der beschriebene neu und erfinderische Signalprozessor
kann dazu verwendet werden, elektronisch verbesserte Videobilder
zu schaffen. Die softwaregesteuerten und digitalen
Bildverbesserungsqualitäten der vorliegenden Erfindung
können durch eine vergleichsweise geringe Zahl
von Standard IC's implementiert werden. Das System ermöglicht
eine anpassende Kalibrierung und die Kalibrierungsfaktoren
werden auf unbestimmte Zeit zur Verwendung
durch das System gespeichert. Die Temperatur der Referenztemperaturquelle,
die zur Kalibrierung des Systems
benutzt wird, muß zur ordnungsgemäßen Funktion des
Systems nicht bekannt sein. Die Gleichstrompegel aller
Detektoren des Systems werden automatisch auf der durch
die Referenztemperaturquelle definierten Gleichstromreferenztemperatur
gehalten. Während der Kalibrierung oder
während des Betriebs sind keinerlei manuelle Justierungen
vorzunehmen.
Die Bildaufbesserungsfunktionen werden in einer Nachschlagetabelle
(look-up table) anstelle des Berechnens
durch analoge Schaltkreise, wie dies bei herkömmlichen
Signalprozessen der Fall ist, bereitgestellt. Durch Verwendung
digitaler Bildbearbeitungsschaltkreise und
-techniken wird ein weiter Dynamikbereich erreicht. Ein
verbesserter Frequenzgang des Systems wird durch den
Aperturkorrekturschaltkreis erreicht. Die Flexibilität
und Ausbaufähigkeit des Systems wird durch Änderung des
implementierten Softwareprogramms ermöglicht.
Es versteht sich von selbst, daß das beschriebene Ausführungsbeispiel
lediglich der Illustrierung einer speziellen
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dient.
Selbstverständlich ergeben sich für den Durchschnittsfachmann
eine Vielzahl von veränderten Ausführungsformen,
die jedoch alle innerhalb des Schutzumfanges der Erfindung
liegen.
Claims (8)
1. Signalprozessor zur Verwendung in einem Bildsensorsystem,
das eine Vielzahl von Detektoren aufweist,
die zum Abbilden einer Bildszene während eines ersten
Teils eines Abtastzyklus abgetastet werden und während
eines zweiten Teils des Abtastzyklus bezüglich
einer Referenztemperaturquelle abgetastet werden,
wobei der Signalprozessor Videoausgangssignale für
einen Videomonitor bereitstellt, der die Bildszene
darstellt, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalprozessor
einen Eingabeprozessor aufweist, der an das Bildsensorsystem angeschlossen ist, um die analogen aus jedem der Vielzahl der Detektoren abgeleiteten Signale zu bearbeiten, um die Verstärkungen dieser analogen Signale relativ zueinander während des ersten Teils des Abtastzyklus auf der Basis gespeicherter Korrektursignale auszugleichen, die durch einen vorbestimmten Kalibrierungsprozeß der Sensoransprechempfindlichkeit erzeugt worden sind, und zur Bearbeitung dieser analogen Signale, um die Gleichspannungspegel der von jedem der Detektoren abgeleiteten Signale Gleichspannungswerten anzugleichen, die sich auf die Referenztemperaturquelle während des zweiten Teils des Abtastzyklus beziehen und zur Bearbeitung der ausgeglichenen und gleichspannungsgehaltenen Signale, um digitalisierte erste Ausgangssignale aus dem Eingabeprozessor zu erhalten,
einen Abtastumwandler aufweist, der an den Eingabeprozessor gekoppelt ist zum Speichern der digitalisierten ersten Ausgabesignale und zum Bearbeiten der gespeicherten digitalsierten Signale, um zweite digitalisierte Ausgangssignale zu schaffen, die zu dem Videomonitor kompatibel sind, und
einen Ausgabeprozessor aufweist, der an den Abtastumwandler gekoppelt ist zum Bearbeiten der zweiten digitalisierten Ausgangssignale in einer Weise, die damit eine softwaregesteuerte digitalisierte Bildverbesserung ermöglicht und zum Umwandeln der verbesserten zweiten digitalisierten Ausgangssignale in analogen Videoausgangssignale, die kompatibel zu dem Videomonitor sind.
einen Eingabeprozessor aufweist, der an das Bildsensorsystem angeschlossen ist, um die analogen aus jedem der Vielzahl der Detektoren abgeleiteten Signale zu bearbeiten, um die Verstärkungen dieser analogen Signale relativ zueinander während des ersten Teils des Abtastzyklus auf der Basis gespeicherter Korrektursignale auszugleichen, die durch einen vorbestimmten Kalibrierungsprozeß der Sensoransprechempfindlichkeit erzeugt worden sind, und zur Bearbeitung dieser analogen Signale, um die Gleichspannungspegel der von jedem der Detektoren abgeleiteten Signale Gleichspannungswerten anzugleichen, die sich auf die Referenztemperaturquelle während des zweiten Teils des Abtastzyklus beziehen und zur Bearbeitung der ausgeglichenen und gleichspannungsgehaltenen Signale, um digitalisierte erste Ausgangssignale aus dem Eingabeprozessor zu erhalten,
einen Abtastumwandler aufweist, der an den Eingabeprozessor gekoppelt ist zum Speichern der digitalisierten ersten Ausgabesignale und zum Bearbeiten der gespeicherten digitalsierten Signale, um zweite digitalisierte Ausgangssignale zu schaffen, die zu dem Videomonitor kompatibel sind, und
einen Ausgabeprozessor aufweist, der an den Abtastumwandler gekoppelt ist zum Bearbeiten der zweiten digitalisierten Ausgangssignale in einer Weise, die damit eine softwaregesteuerte digitalisierte Bildverbesserung ermöglicht und zum Umwandeln der verbesserten zweiten digitalisierten Ausgangssignale in analogen Videoausgangssignale, die kompatibel zu dem Videomonitor sind.
2. Signalprozessor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Eingabeprozessor (21) eine A/D-Umwandlungsvorrichtung
(32) zum Umwandeln des zugeführten
analogen Signals in ein digitalisiertes erstes
Ausgangssignal umfaßt,
einen Summierschaltkreis (31) zum Kombinieren des analogen Signals des Gleichstromspannungshaltesignals und des Verstärkungskorrektursignals und zum Zuführen des kombinierten Signals zu der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung (32) aufweist und
eine Rechneranordnung aufweist, die an die Analog/ Digital-Umwandlungsvorrichtung (32) und den Summierschaltkreis (31) angeschlossen ist, zum Berechnen der Gleichspannungspegelkorrektursignale und zum Steuern des Kombinierens der analogen Signale, der Verstärkungskorrektursignale und der Gleichspannungkorrektursignale in einer bestimmten Art und Weise, um Signale zu schaffen, die durch die Analog/Digital- Umwandlungsvorrichtung (32) digitalisiert werden.
einen Summierschaltkreis (31) zum Kombinieren des analogen Signals des Gleichstromspannungshaltesignals und des Verstärkungskorrektursignals und zum Zuführen des kombinierten Signals zu der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung (32) aufweist und
eine Rechneranordnung aufweist, die an die Analog/ Digital-Umwandlungsvorrichtung (32) und den Summierschaltkreis (31) angeschlossen ist, zum Berechnen der Gleichspannungspegelkorrektursignale und zum Steuern des Kombinierens der analogen Signale, der Verstärkungskorrektursignale und der Gleichspannungkorrektursignale in einer bestimmten Art und Weise, um Signale zu schaffen, die durch die Analog/Digital- Umwandlungsvorrichtung (32) digitalisiert werden.
3. Signalprozessor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Rechneranordnung
einen
nicht-flüchtigen Speicher (21) zum Speichern der Verstärkungskorrekturkonstanten aufweist, die durch den Kalibrierungsprozeß abgeleitet worden sind,
eine erste Speichervorrichtung aufweist, die an den Summierschaltkreis (31) gekoppelt ist, um die Gleichspannungshaltesignale vor deren Zuführung zu den Summierschaltkreisen (31) zu speichern,
eine zweite Speichervorrichtung aufweist, die an den Summierschaltkreis (31) angeschlossen ist, um die Verstärkungskorrektursignale vor deren Zuführung zu dem Summierschaltkreis (31) zu speichern,
einen Rechnerbaustein aufweist, der an dem nicht- flüchtigen Speicher (21), an die ersten und zweiten Speichervorrichtungen und an die Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung (32) angeschlossen ist, um die Gleichspannungshaltesignale zu errechnen und diese in der ersten Speichervorrichtung abzuspeichern, zum Laden der Verstärkungskorrektursignale aus dem nicht-flüchtigen Speicher (21) in die zweite Speichervorrichtung und zum Steuern der Verarbeitung der analogen Signale und der Verstärkungskorrektursignale, um diese Signale in der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung (32) zu kombinieren.
nicht-flüchtigen Speicher (21) zum Speichern der Verstärkungskorrekturkonstanten aufweist, die durch den Kalibrierungsprozeß abgeleitet worden sind,
eine erste Speichervorrichtung aufweist, die an den Summierschaltkreis (31) gekoppelt ist, um die Gleichspannungshaltesignale vor deren Zuführung zu den Summierschaltkreisen (31) zu speichern,
eine zweite Speichervorrichtung aufweist, die an den Summierschaltkreis (31) angeschlossen ist, um die Verstärkungskorrektursignale vor deren Zuführung zu dem Summierschaltkreis (31) zu speichern,
einen Rechnerbaustein aufweist, der an dem nicht- flüchtigen Speicher (21), an die ersten und zweiten Speichervorrichtungen und an die Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung (32) angeschlossen ist, um die Gleichspannungshaltesignale zu errechnen und diese in der ersten Speichervorrichtung abzuspeichern, zum Laden der Verstärkungskorrektursignale aus dem nicht-flüchtigen Speicher (21) in die zweite Speichervorrichtung und zum Steuern der Verarbeitung der analogen Signale und der Verstärkungskorrektursignale, um diese Signale in der Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung (32) zu kombinieren.
4. Signalprozessor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die erste Speichervorrichtung
einen Schaltkreis (33) zur Gleichspannungshaltung
bzw. Schwarzwertkonstanthaltung
aufweist, der an die Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung
angeschlossen ist und zur Bearbeitung der
daraus abgeleiteten Signale dient, um feste Referenzspannungssignale
zur Berechnung der Gleichspannungshaltesignale
zu schaffen, und einen Zählerschaltkreis
(34) zum Bearbeiten der Spannungreferenzsignale
aufweist, um Imkrementier- und Dekrementiersignale
für die erste Speichervorrichtung zu
schaffen, die die Gleichspannungshaltesignale bezüglich
der festen Referenzspannung während jedes Abtastzyklus
anpaßt und normiert.
5. Signalprozessor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die erste und
zweite Speichervorrichtung des weiteren eine erste
und zweite Speichervorrichtung für wahlfreien Zugriff
(RAM-Speicher),
und erste und zweite Analog/Digital-Umwandler aufweisen, die zwischen der ersten bzw. zweiten Speichervorrichtung für wahlfreien Zugriff gekoppelt sind, um die digitalen in den Speichern gespeicherten Signale in analoge durch den Analog/Digital-Umwandler umwandelbare Signale umzuwandeln.
und erste und zweite Analog/Digital-Umwandler aufweisen, die zwischen der ersten bzw. zweiten Speichervorrichtung für wahlfreien Zugriff gekoppelt sind, um die digitalen in den Speichern gespeicherten Signale in analoge durch den Analog/Digital-Umwandler umwandelbare Signale umzuwandeln.
6. Signalprozessor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastumwandlungsvorrichtung
(22)
einen Abtastumwandler zum Speichern der digitalisierten ersten Ausgangssigale und
eine Interpolationsvorrichtung aufweist, die an den Abtastumwandler angeschlossen ist, um die digitalisierten ersten Ausgangssignale in die zweiten digitalisierten Ausgangssignale umzuwandeln, die kompatibel zu dem Videomonitor sind.
einen Abtastumwandler zum Speichern der digitalisierten ersten Ausgangssigale und
eine Interpolationsvorrichtung aufweist, die an den Abtastumwandler angeschlossen ist, um die digitalisierten ersten Ausgangssignale in die zweiten digitalisierten Ausgangssignale umzuwandeln, die kompatibel zu dem Videomonitor sind.
7. Signalprozessor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch einen Ausgabeprozessor
(23) mit
einer Erzeugungsvorrichtung für eine Nachschlagetabelle zum Berechnen und Speichern einer Nachschlagetabelle, die Bildaufbesserungs- bzw. Korrektursignale enthält,
einer an die Erzeugungsvorrichtung für eine Nachschlagetabelle angeschlossene Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung zum Umwandeln der aus der Abstammungswandlungsvorrichtung empfangenen Signale in analoge Videoausgangssignale, die zu dem Videomonitor kompatibel sind,
einer an die Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung angeschlossenen Aperturkorrekturvorrichtung (49) zum Bearbeiten der aus der Erzeugungsvorrichtung für eine Nachschlagetabelle abgeleiteten aufgebesserten Signale, um die Modulationsverstärkung des Systems zu verbessern, und
einer Recheneinheit, die an die Erzeugungsvorrichtung für eine Nachschlagetabelle angeschlossen ist und zum Berechnen der in der Nachschlagetabelle enthaltenen Signale dient.
einer Erzeugungsvorrichtung für eine Nachschlagetabelle zum Berechnen und Speichern einer Nachschlagetabelle, die Bildaufbesserungs- bzw. Korrektursignale enthält,
einer an die Erzeugungsvorrichtung für eine Nachschlagetabelle angeschlossene Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung zum Umwandeln der aus der Abstammungswandlungsvorrichtung empfangenen Signale in analoge Videoausgangssignale, die zu dem Videomonitor kompatibel sind,
einer an die Analog/Digital-Umwandlungsvorrichtung angeschlossenen Aperturkorrekturvorrichtung (49) zum Bearbeiten der aus der Erzeugungsvorrichtung für eine Nachschlagetabelle abgeleiteten aufgebesserten Signale, um die Modulationsverstärkung des Systems zu verbessern, und
einer Recheneinheit, die an die Erzeugungsvorrichtung für eine Nachschlagetabelle angeschlossen ist und zum Berechnen der in der Nachschlagetabelle enthaltenen Signale dient.
8. Signalprozessor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch eine Erzeugungsvorrichtung
für eine Nachschlagetabelle mit
einer Histogrammerzeugungsvorrichtung zum Erzeugen eines Histogramms der Anzahl des Auftretens der ersten Ausgangssignale bei jedem Intensitätspegel des Sensors,
einem Nachschlagtabellenspeicher zum Speichern der Bildaufbesserungssignale,
wobei die Recheneinheit die Bildverbesserungskorrektursignale unter Verwendung des Histogramms berechnet und die errechneten Signale in den Nachschlagetabellenspeicher abspeichert.
einer Histogrammerzeugungsvorrichtung zum Erzeugen eines Histogramms der Anzahl des Auftretens der ersten Ausgangssignale bei jedem Intensitätspegel des Sensors,
einem Nachschlagtabellenspeicher zum Speichern der Bildaufbesserungssignale,
wobei die Recheneinheit die Bildverbesserungskorrektursignale unter Verwendung des Histogramms berechnet und die errechneten Signale in den Nachschlagetabellenspeicher abspeichert.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US06/656,382 US5083204A (en) | 1984-10-01 | 1984-10-01 | Signal processor for an imaging sensor system |
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DE3535753A Expired - Fee Related DE3535753C1 (de) | 1984-10-01 | 1985-10-07 | Signalprozessor |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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