DE3536255C2

DE3536255C2 - Infrarot Thermographiesystem mit digitaler Vergrößerung unter Verwendung einer Kamera mit seriell-paralleler Abtastung

Info

Publication number: DE3536255C2
Application number: DE3536255A
Authority: DE
Inventors: Jean-Louis Michel Duvent
Original assignee: Telecommunications Radioelectriques et Telephoniques SA TRT
Current assignee: Telecommunications Radioelectriques et Telephoniques SA TRT
Priority date: 1984-10-19
Filing date: 1985-10-11
Publication date: 1994-02-10
Anticipated expiration: 2005-10-12
Also published as: SE8504839D0; IT8521888A0; NL8502558A; US5467126A; FR2667211B1; GB2249688A; GB2249688B; FR2667211A1; IT1235243B; DE3536255A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Infrarot-Thermographiesystem der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art.

Derartige Systeme werden insbesondere zur Sichtbarmachung eines Teils einer im Infraroten mit einer Wellenlänge von mehr als einem Mikron gesehenen Landschaft oder Szene benutzt. Die Sichtbarmachung kann bei Tag oder bei Nacht erfolgen, ist jedoch im allgemeinen bei Nacht nützlicher, da dann die direkte Sicht sehr stark vermindert oder unmöglich ist. Die Spektralbänder (zur Aufspaltung der Spektralbereiche, siehe DE 30 15 845 A1, insbesondere den dortigen Anspruch 10) der von diesem System detektierten Strahlung entsprechen den Fenstern der atmosphärischen Transparenz, reichen also von 3 µ bis 5 µ oder von 8 µ bis 12 µ. Auf dieses letztere Spektralband zielt die Erfindung im besonderen ab, da es sich sehr gut zur Sichtbarmachung von Körpern eignet, die sich auf Umgebungstemperatur befinden, denn ein schwarzer Körper von 300° K hat das Maximum seiner Strahlung bei etwa 10 µ. Systeme, die optomechanische Vorrichtungen zur Raster- und zur Zeilenabtastung benutzen, sind aus dem Werk von G. Gaussorgues, "La thermographie infrarouge", veröffentlicht bei Technique et Documentation, 2. Dezember 1980, bekannt.

Bei der Überwachung des Himmels, des Land- oder des Seehorizontes mittels eines Infrarot-Thermographiesystems kommt es vor, daß ein feststehendes oder bewegliches Objekt entdeckt wird, das von näherem Interesse ist. Der Gesichtsfeldwinkel der Kamera kann einige wenige Grad betragen, entsprechend Beobachtungsentfernungen von 10 km, so daß ein detektiertes Objekt mit nur einigen Metern Durchmesser auf dem Bildschirm sehr klein sichtbargemacht oder abgebildet wird. In einem solchen Fall ist es wünschenswert, zur besseren Betrachtung den Teil des Bildes, in dem sich das Objekt befindet, vergrößert darstellen zu könnenn, vorzugsweise in der Form, daß das vergrößerte Bild den gesamten Bildschirm des Fernsehmonitors einnimmt. Diese Betriebsart bildet eine elektronische Vergrößerung oder elektronische Lupe, im letzeren Fall eine elektronische Vergrößerung auf volles Bildschirmformat.

Wenn das Signal zwischen der Kamera und dem Fernsehmonitor analog verarbeitet wird, ein Verfahren, das für bewegliche Bilder seit mehreren Jahren Stand der Technik ist, erfolgt die elektronische Vergrößerung durch Dehnung bei der Ablenkung des elektronischen Schreibstrahles in der Bildröhre des Fernsehmonitors nach dem Gesetz der ähnlichen Abbildung im selben Verhältnis längs der Abszisse und längs der Ordinate. Die hauptsächlichen Nachteile dieser Technik liegen in der Verminderung der Bildschirmhelligkeit und der Verdopplung des Zwischenraumes zwischen den Zeilen (zur "analogen Dehnung" siehe DE-PS 12 54 679, insbesondere den dortigen Anspruch 1). Im allgemeinen bevorzugt man eine Umsetzung der Ausgangssignale der Kamera in die digitale Form (zur "digitalen Dehnung" siehe US 4 282 550, insbesondere den dortigen Anspruch 1), was eine größere Vielfalt der Verarbeitungsmöglichkeiten für das Signal ergibt. Die Erfindung bezieht sich auf ein Infrarot-Thermographiesystem, bei dem das Signal digitalisiert wird und das mit einer Rasterabtastvorrichtung arbeitet, die eine parallele oder seriell-parallele Abtastung, sei es eines einzigen Rasters oder sei es vorzugsweise mit geradzahligen und ungeradzahligen Rastern, die ineinander geschachtelt sind, vornimmt. Die Analyse des Gesichtsfeldes mittels einer Abtastung durch einen Infrarotdetektor oder eine streifenförmige Anordnung mehrerer in Serie liegender Detektoren fordert für die Zeilenablenk- oder Zeilenabtastvorrichtung eine sehr hohe Arbeitsgeschwindigkeit, was wiederum Synchronisationsprobleme mit sich bringt, sowie einen sehr schnellen und sehr empfindlichen Photodetektor. Um diesen technischen Problemen zu entgehen, arbeitet man in der Praxis vorzugsweise mit einer gleichzeitigen Analyse von m Zeilen des Gesichtsfeldes, indem man die Zahl der Detektoren in Rasterrichtung auf der Detektormatrix auf m erhöht, was es ermöglicht, die Geschwindigkeit der Zeilenabtastvorrichtung durch m zu dividieren, wobei die Rasterabtastbewegung unverändert bleibt. Diese letztere Lösung bildet die Analyse durch parallele Abtastung, die darüber hinaus kompatibel mit der Analyse durch serielle Abtastung ist, wobei die seriell-parallele Abtastung durch ein zweidimensionales Infrarot-Detektorenmosaik ohnehin am interessantesten ist. Hierzu kann nochmals auf das Buch von G. Gaussorgues, Seiten 244 bis 248 verwiesen werden. Unabhängig von der für die Analyse des Gesichtsfeldes verwendeten Abtastart erlaubt die Digitalisierung des Signals die Speicherung desselben. Diese Speicherbarkeit kann mit Vorteil zur Erzielung einer digitalen elektronischen Vergrößerung ausgenutzt werden. Es ist bekannt, in einem Bildspeicher oder in einem Rasterspeicher ein Netz von digitalen Punkten zu speichern, die beispielsweise auf 6 Bit kodiert sind, die ein abgetastetes Bild darstellen. Ausgehend von diesen Abtastpunkten können dazwischenliegende Punkte durch Interpolation sowohl in Zeilenrichtung als auch in Rasterrichtung ermittelt werden. Dies kann durch Filterung, vorzugsweise durch digitale Filterung, geschehen. Die Filterung ist um so aufwendiger, je größer die Zahl der bei der Interpolation berücksichtigten Abtastpunkte in der Nähe des aufzubauenden oder wieder herzustellenden Bildpunktes ist. Am einfachsten sind die Filterungen, die darin bestehen, die nächstgelegenen Abtastpunkte zu duplizieren, was einer |cos|-Filterung entspricht, oder eine Interpolation ausgehend von nur zwei, nämlich den beiden am nächsten liegenden Abtastpunkten durchzuführen, was einer hochliegenden Cosinus-Filterung entspricht. Für eine digitale Vergrößerung beispielsweise um den Faktor 2 müßten drei Bildpunkte pro Abtastpunkt aufgebaut werden und für eine digitale Vergrößerung um den Faktor 4 müssen 15 Punkte je Abtastpunkt aufgebaut werden. Diese letztere Technik vermeidet die Nachteile der zuvor genannten analogen elektronischen Vergrößerung, nämlich die Abnahme der Helligkeit und der Informationsdichte auf dem Bildschirm des Fernsehmonitors, hat aber ihrerseits Nachteile: Grundsätzlich gilt, daß eine große Speicherkapazität notwendig ist, entsprechend dem Maximum der halben Höhe des Gesichtsfeldes in Rasterrichtung, wenn eine digitale Vergrößerung auf volle Bildschirmgröße gewünscht wird. Dieses technische Problem kann teilweise durch einen Kompromiß gelöst werden, der darin besteht, nur einen Teil des Gesichtsfeldes zu vergrößern, in dessen Inneren sich das zuvor im Normalbetrieb detektierte interessierende Objekt befindet und auf das man vorher die Kamera orientiert hat. Dieses Verfahren vermag jedoch nicht voll zu befriedigen. Vorzuziehen ist eine elektronische Vergrößerung auf volles Bildschirmformat. Selbst wenn man aber annimmt, daß die digitale Vergrößerung auf volles Bildschirmformat ausgehend von der letztgenannten Technik mit dem Erfordernis einer großen Speicherkapazität erzielt wird, bleibt der Nachteil, daß das System nicht optimal arbeitet, da drei Viertel der am Ausgang der Kamera verfügbaren Information ungenutzt bleibt, was man auch so darstellen kann, daß sich das Verhältnis Signal/Rauschen um verringert.

Ein weiterer Nachteil ergibt sich, wenn mit ineinandergeschachtelten Rastern gearbeitet wird, beispielsweise mit ineinandergeschachtelten, geradzahligen und ungeradzahligen Rastern: Bevor man ein Bild durch Interpolation der Abtastpunkte wiederherstellen oder aufbauen kann, müssen alle, das Bild bildenden Raster gespeichert werden. Im Fall einer Bewegung entweder zufolge einer Verschiebung der Kamera oder/und zufolge eines beweglichen Objekts in dem Gesichtsfeld wird der Umriß des Objektes unscharf oder aufgefasert. Außerdem werden die errechneten Werte für die Zwischenpunkte verhältnismäßig falsch, da sie ausgehend von benachbarten Punkten unterschiedlicher Raster, die praktisch nicht miteinander korreliert sind, vor allem bei hohen räumlichen Frequenzen des Gesichtsfeldes erhalten werden. Bei einer Arbeitsweise mit ineinandergeschachtelten Rastern wird außerdem häufig eine vertikale Unterabtastung in jedem Raster durchgeführt, zufolge des Umstandes, daß das Auge, das selbst die Rolle eines Filters spielt, eine für ein vollständiges Bild ausreichende Abtastung wahrnimmt, d. h., daß für ineinandergeschachtelte Raster, die überlappende Spektren haben können, wenn sie einzeln aufgenommen worden sind, nach zeitlich regelmäßig aufeinanderfolgender Ineinanderschachtelung die Überlappung oder Überdeckung des Spektrums verschwindet, ausgenommen bei einer in Bewegung befindlichen Szene, die hohe räumliche Frequenzen aufweist. Bei der vorstehend beschriebenen, bekannten digitalen Verzögerung ist die Interpolation zwischen benachbarten Punkten nicht signifikant, da die verarbeiteten Raster zeitlich dekorrelierte, benachbarte Zeilen enthalten, die unterschiedlichen Analyserastern entstammen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Infrarot- Thermographiesystem der einleitend angegebenen Gattung zu schaffen, das bei geringem Kostenaufwand frei oder zumindest weitgehend frei von den vorstehend genannten Nachteilen ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegeben.

Zur Erläuterung der Erfindung und der erzielten Vorteile wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel angegeben: Bei einem System mit geradzahligen und ungeradzahligen, ineinandergeschachtelten Rastern, bei dem im Normalbetrieb das Bild aus 627 Zeilen mit 510 nutzbaren Zeilen aus zwei ineinandergeschachtelten Rastern zu je 255 Zeilen aufgebaut ist und 25mal pro Sekunde (50 Raster) wechselt, wird die Analyse parallel in Bändern oder Streifen von 11 Zeilen (m ist gleich 11) und 57 Abtastungen von 11 Zeilen je Bild durchgeführt. Die Rasterabtastzeit beträgt dann 20 ms und die Zeilenabtastzeit 64 µs (704 µs für ein Band von 11 Zeilen). Bei diesem System erfordert die Verwirklichung einer digitalen Vergrößerung auf volles Bildschirmformat um den Faktor 2 einen Bildspeicher mit einer Kapazität von 255 Zeilen, die aus zwei ineinandergreifenden geradzahligen und ungeradzahligen Rasterhälften bestehen, wo hingegen die aus der Analyse der zwei anderen Rasterhälften bestehende Information unbenutzt bleibt, und die Erneuerung der Information auf dem Bildschirm des Fernsehmonitors geschieht von Bild zu Bild auf der Grundlage von einem Bild alle 40 ms (Dauer der Einspeicherung 40 ms), wobei die Arbeitsweise mit ineinandergeschachtelten Rastern nicht mehr besteht. Im Vergleich hierzu umfaßt bei einem System nach der Erfindung der Pufferspeicher nur 22 Zeilen und es wird praktisch die gesamte aus der Analyse hervorgegangene Information ebenso wie die Arbeitsweise mit ineinandergeschachtelten Rastern beibehalten. Die Dauer der Einspeicherung der Information ist auf 704 µs vermindert, mit dem zusätzlichen Vorteil in bezug auf den Normalbetrieb, daß im Fall einer leichten räumlichen Unterabtastung des Raster diese Unterabtastung bei der digitalen Vergrößerung um den Faktor 2 nicht mehr existiert, weil die Dichte der digitalen Abtastpunkte in jedem Raster verdoppelt wird. Vorzugsweise ist die Zahl m der gleichzeitig analysierten Zeilen ungerade, was die gleiche räumliche Verteilung für analysierte Zeilen des Gesichtsfeldes und auf dem Bildschirm des Fernsehmonitors aufgebauten Zeilen sicherstellt, u. zw. mit einem konstanten Zeilenzwischenraum in beiden Fällen. Damit der elektronische Verarbeitungsteil nicht unnötig kompliziert wird, sind die Vergrößerungsfaktoren g gleich 2 oder gleich einem Vielfachen von 2.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht der Pufferspeicher aus zwei Speichern gleicher Kapazität, die in der Weise abwechselnd arbeiten, daß der eine die Daten erhält, während der andere gelesen wird. Hierbei wirken die Schaltungen zur Wiederherstellung der Zeilenreihenfolge auf die Speicheradressierung beim Einspeichern oder Einschreiben ein, so daß sich m Zeilen zyklisch überlappen, die räumlich im Gesichtsfeld aufeinanderfolgen und die aus den Zeilen der g aufeinanderfolgenden Analysebänder genommen sind, von denen jedes m gleichzeitige Zeilen umfaßt, die sich überlagern.

Eine andere bevorzugte Ausführungsform, die es gestattet, in Zeilenrichtung die gleichen Vorteile wie in Rasterrichtung zu erzielen und bei der die Zeilenabtastung durch eine erste sich drehende Spiegeltrommel bewerkstelligt wird, zeichnet sich dadurch aus, daß zur Erzielung einer digitalen Vergrößerung auf volles Bildschirmformat mit einem ganzzahligen vorbestimmten Vergrößerungsfaktor die Achse dieser Trommel eine zweite Spiegeltrommel trägt (zur Verwendung zweier verschiedener Spiegel zur Abtastung siehe DE 30 07 893, insbesondere den dortigen Anspruch 1), deren Spiegel winkelmäßig gleichmäßig verteilt sind, wobei die Zahl der Spiegel im Verhältnis des genannten Vergrößerungsfaktors g in bezug auf die Zahl der Spiegel der ersten Trommel erhöht ist. Die Achse ist in ihre Längsrichtung verschiebbar, so daß die zweite Trommel im Vergrößerungsbetrieb um den Faktor g an die Stelle der ersten Trommel treten kann, wobei die Winkelgeschwindigkeit der zweiten Trommel auf die Hälfte der Winkelgeschwindigkeit der ersten Trommel vermindert wird.

In der Zeichnung ist das System nach der Erfindung anhand eines schematisch vereinfachten Ausführungsbeispiels dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild des Systems,

Fig. 2 ein Blockschaltbild des digitalen Teils des Systems und

Fig. 3 eine Einzelheit der Zeilenabtastung in der Kamera für eine spezielle Ausführungsform.

In Fig. 1 sind eine Kamera 1, ein elektronischer Verarbeitungsmodul 2 und eine Schaltung 3 zur Erzeugung eines Bildes auf dem Bildschirm eines Fernsehmonitors 4 dargestellt. Die Kamera 1 ist so ausgelegt, daß sie Infrarotstrahlung abtastet und umfaßt hierzu Raster- und Zeilenabtastvorrichtungen bekannter, nicht dargestellter Art, die vorzugsweise aus einem schwingenden Spiegel für die Rasterabtastung und aus einer sich drehenden Spiegeltrommel für die Zeilenabtastung bestehen. Diese optomechanischen Vorrichtungen fokussieren die empfangene Infrarotstrahlung in der Kamera auf eine Detektormatrix, die in Rasterrichtung eine stabförmige Anordnung aus m aneinandergrenzenden, photoempfindlichen Detektoren umfaßt, wobei die Abmessungen jedes der vorzugsweise quadratischen Detektoren denjenigen eines Elementarfeldes entsprechen, und das augenblickliche reelle Bild des Gesichtsfeldes auf der Detektorebene aus aneinandergrenzenden Elementarfeldbildern zusammengesetzt ist. Jeder Detektor gibt ein elektrisches Signal ab, nämlich ein Elementarsignal für den Durchgang eines Elementarfeldes des Bildes vor jedem Detektor. Dieses Signal wird an den elektronischen Verarbeitungsmodul 2 übertragen.

Im Rahmen der Erfindung ist lediglich die Bildanalyse durch parallele (oder parallel-serielle) Abtastung, begrenzt auf einen Streifen von einigen in Rasterrichtung aneinandergrenzenden Zeilen von Interesse, d. h. für einen Wert von m, der klein im Verhältnis zur Anzahl der Zeilen eines Rasters ist. Unter diesen Umständen treten m Signale parallel auf ebenso vielen Leitern am Ausgang der Kamera 1 auf, die durch einen Vielfachleiter 5 (beispielsweise aus elf Einzelleitern) symbolisiert sind. Im Normalbetrieb wird das Bild des Gesichtsfeldes auf die Detektormatrix projiziert, u. zw. ein Band von m Zeilen nach dem anderen, derart, daß die aufeinanderfolgenden Bänder des Bildes aneinandergrenzen. Wenn ein Schwingspiegel mit konstanter Winkelgeschwindigkeit für die Rasterabtastung verwendet wird, ist eine solche Abtastung mittels einer leichten Neigung der Analysebänder in bezug auf die Richtung der Abszissen des Gesichtsfeldes möglich. Diese Neigung kann durch einen Winkel α definiert werden, so daß

worin d etwa gleich dem Abstand der m Zeilen des Feldes und X die Länge einer Zeile des Feldes sind.

Hingegen erscheint diese Neigung bei der Wiedergewinnung des Bildes auf dem Bildschirm des Fernsehmonitors nicht mehr, was sich in einer leichten Parallelogrammverzeichnung des Bildes auf dem Bildschirm auswirkt. Damit diese Verzeichnung tolerierbar bleibt, also tg α auf einige Prozent beschränkt bleibt, müssen der Wert von d und demzufolge von m klein bleiben und zwischen einigen Zeilen und einigen -zig-Zeilen liegen. Diese Werte sind für die Zwecke der Erfindung günstig, wie noch erläutert werden wird. Die vorstehend beschriebene Rasterabtastung bedingt eine Proportionalitätsbeziehung zwischen der Winkelgeschwindigkeit des schwingenden Spiegels und der Zahl m. In an sich bekannter Weise umfaßt der elektronische Verarbeitungsmodul 2 eine Digitalisierungsschaltung 6, die das parallel von der Kamera 1 empfangene Analogsignal in ein serielles digitales Signal beispielsweise in Form von 6 Bit auf einem Vielfachleiter 7 umwandelt, die 64 unterschiedliche mögliche Graustufen repräsentieren. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß die Vielfachleiter in der Zeichnung durch einen Schrägstrich durch die entsprechende Leitung versinnbildlicht sind, neben dem die Anzahl der Leiter in Ziffern angegeben ist. Beispielsweise erhält man eine Zeilenmenge f₁ von 15 625 Zeilen pro Sekunde auf dem Leiter 7 (Zeilendauer 64 µs) ausgehend von Bändern oder Streifen zu je 11 Zeilen bei einer Streifenmenge von 1420,45 Bändern pro Sekunde auf dem Leiter 5 (Periodendauer für ein Band zu 11 Zeilen 704 µs). Wie für den üblichen Betrieb eines Infrarotthermographiesystems bekannt, wird das auf 6 Bit kodierte digitale Signal einer digitalen Verarbeitungsschaltung 8 zugeführt, mittels derer unterschiedliche Filterungen oder Verarbeitungen wie Verkettung, Faltung oder Unterdrückung des Landschaftshintergrundes durchgeführt werden können, wonach das digitale Signal mit 6 Bit über einen Leiter 9 einem D/A-Wandler 11 zugeführt wird, der über einen einzigen Leiter 12 der Schaltung 3 zur Bilderzeugung ein serielles Analogsignal in der CCIR-Norm zuführt. Bei einem vereinfachten Infrarot-Thermographiesystem sind zwei aufeinanderfolgende Rasterabtastungen in der Kamera und auf dem Bildschirm des Fernsehmonitors identisch, d. h., daß eine Zeile einer gegebenen Ordnungszahl einer Abtastung einer Zeile mit derselben Ordnungszahl in der folgenden (oder der vorhergehenden) Abtastung entspricht. Im folgenden wird vorzugsweise eine Arbeitsweise im Fernsehstandard mit geradzahligen und ungeradzahligen, ineinander verschachtelten Zeilen zugrundegelegt, d. h., daß zwei aufeinanderfolgende Raster auf dem Bildschirm des Fernsehmonitors räumlich gegeneinander um die Höhe eines halben Zeilenabstandes des Rasters verschoben sind, so daß das Gesamtbild zu beispielsweise 510 Zeilen sich aus zwei aufeinanderfolgenden Rastern zu je 255 Zeilen zusammensetzt, wobei das sogenannte geradzahlige Raster die geradzahligen Zeilen und das sogenannte ungeradzahlige Raster die ungeradzahligen Zeilen umfaßt und seinerseits von einem geradzahligen Raster gefolgt ist. Für die übliche synchronisierte Arbeitsweise der Kamera 1 wirkt sich diese Verschachtelung auch in einer Verschiebung um eine halbe Zeile zwischen zwei Abtastungen aufeinanderfolgender Raster und auf der Detektormatrix aus, u. zw. unter Berücksichtigung dessen, daß die Zeilen eine durch den Durchmesser des Detektors verkörperte Höhe haben. Da die Zeilen nebeneinander liegen und im Verlauf der Abtastung aneinander anschließen, kann davon ausgegangen werden, daß eine beliebige Zeile des Bildes bei einer gegebenen Abtastung des Gesichtsfeldes eine darüberliegende und eine darunterliegende Zeile des Bildes während der vorangehenden oder folgenden Abtastung zur Hälfte überlappt. Diese Einzelheit wird hier zum besseren Verständnis der nachfolgend beschriebenen Erfindung hervorgehoben.

Der Grundgedanke des vorliegenden Vorschlages besteht darin, nur den Nutzteil des Gesichtsfeldes in Rasterrichtung abzutasten, d. h. die Hälfte des Gesichtsfeldes für eine zweifache digitale Vergrößerung oder ein Viertel des Gesichtsfeldes für eine vierfache digitale Vergrößerung, wobei die Rasterperiode vorzugsweise beibehalten wird, so daß die Schaltung 3 zur Bilderzeugung im Normalbetrieb weiterarbeiten kann. Diesen Vorgaben wird dadurch Rechnung getragen, daß die Schwingamplitude des Rasterabtastspiegels sowie die Winkelgeschwindigkeit des letzteren auf die Hälfte (oder auf ein Viertel) vermindert wird. Im Falle einer seriellen Abtastung wirkt sich dies in einer Verdichtung der Zeilen im Verhältnis 2 (oder 4) aus und die gewünschte digitale Vergrößerung wird ohne weitere Änderungen des Systems erzielt, einerlei, ob mit einem einzigen Raster oder mit mehreren ineinander verschachtelten Rastern gearbeitet wird. Für eine parallele Abtastung (oder parallel-serielle Abtastung) wirkt sich dies demgegenüber in einer Überlappung der zeitlich im Verlauf der Analyse aufeinanderfolgenden Bänder zu m Zeilen um die Hälfte (oder um drei Viertel) aus, was auch so ausgedrückt werden kann, daß die chronologische Folge der Zeilen auf dem Leiter 7 nicht mehr der räumlichen Reihenfolge der Zeilen des Gesichtsfeldes entspricht, die diese Zeilen repräsentieren. Es ist daher notwendig, die auf dem Leiter 7 erscheinenden Zeilen wieder in die korrekte chronologische Reihenfolge zu bringen, um die korrekte räumliche Verteilung auf dem Bildschirm 4 des Fernsehmonitors zu erhalten. Dies geschieht mittels der Schaltung zur elektronischen digitalen Vergrößerung, die in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 13 versehen ist und parallel zu der digitalen Verarbeitungsschaltung 8 zwischen der Digitalisierungsschaltung 6 und dem D/A-Wandler 11 angeordnet ist. Diese Schaltung 13 kann auch die digitale Verarbeitungsschaltung 8 ersetzen.

Die bevorzugte, in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform umfaßt außerdem eine Wahlschaltung 14, beispielsweise einen Multiplexer mit zwei Eingängen und einem Ausgang, die unmittelbar vor dem D/A-Wandler 11 angeordnet ist und die gewünschte digitale Verarbeitung des seriellen digitalen Signals auf dem Leiter 7 auswählt. Bei einem Betrieb mit digitaler Vergrößerung auf volles Bildschirmformat nach dem vorliegenden Vorschlag liefert eine Steuerschaltung 15 in Form eines Steuersignals B mit zwei Zuständen einerseits an die Kamera 1 den Befehl zum Betrieb mit digitaler Vergrößerung auf volles Bildschirmformat, andererseits an die Wahlschaltung 14 den Befehl, die Ausgänge der Schaltung 13 anzuwählen.

Im Normalbetrieb geschieht die Führung des Rasterabtastspiegels in der Kamera 1 ausgehend von einem Spannungssteuersignal Vc mit sägezahnförmigem Verlauf und positiver Steigung, das symmetrisch zu einer Bezugsspannung Vr ist, wobei die Amplitudenänderung des Signals Vc gleich 2 ΔVr ist, so daß Vr-ΔVr<Vc<Vr+ΔVr. Die Frequenz des Signals Vc und folglich die Schwingfrequenz des Spiegels wird mit Ft oder auch als Rasterfrequenz bezeichnet. Vorzugsweise hat das Signal B (vergleiche Fig. 1) die Wirkung, die Steigung des Steuersignals Vc im Verhältnis zur Vergrößerung g, also beispielsweise um die Hälfte zu vermindern, was zu folgendem Sägezahnsignal V′c führt:

wobei die Frequenz Ft die gleiche bleibt. Unter Zugrundelegung der üblichen räumlichen Ordnung der Zeilen des Gesichtsfeldes werden die Zeilen wie folgt numeriert:

1-3-5- . . . -509 für das ungeradzahlige Raster und
2-4-6- . . . -510 für das geradzahlige Raster;

die entsprechend der Steuerung der Spannung V′c erhaltenen Abtastzeilen werden wie folgt bezeichnet:

127,5-128,5-129,5- . . . -381,5 für das ungeradzahlige Raster und
128-129-130- . . . -382 für das geradzahlige Raster,

mit der gleichen Zeilenzahl während der Rasterperiode und einem halbierten Abstand zwischen den Zeilen in jedem Raster. Ausgehend von der gewählten parallelen Abtastung in Bändern oder Streifen zu m Zeilen gleichzeitig, wobei m beispielsweise gleich 11 ist, ist die Aufeinanderfolge der Zeilen auf dem Leiter 7 in Fig. 1 mit den vorstehend genannten Numerierungen:

127,5-129,5-131,5- . . . -147,5-128,5-130,5-132,5- . . . -148,5-149,5-151,5- . . . -379,5-381,5

für das ungerade Raster und:

128-130-132- . . . -148-129-131-133- . . . -149-150-152- . . . -380-382

für das geradzahlige Raster. Diese chronologische Reihenfolge entspricht nicht mehr der räumlichen Reihenfolge, die weiter oben in Verbindung mit der Numerierung der Zeilen angegeben ist. Die in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel genauer in Fig. 2 dargestellte Schaltung 13 gestattet es, die korrekte Reihenfolge der Zeilen auf dem Leiter 9 wieder herzustellen, so daß dieselbe Aufeinanderfolge von Zeilen und Rastern zur Übergabe an den Fernsehmonitor erhalten wird, auf dessen Bildschirm die Zeilenfolge lautet:

1-3-5- . . . -509 für das ungeradzahlige Raster und
2-4-6- . . . -510 für das geradzahlige Raster,

einerlei, ob der Normalbetrieb oder der Betrieb mit digitaler Vergrößerung um g auf volles Bildschirmformat vorliegt, worin g eine ganze Zahl größer als 1 ist und vorzugsweise aus einer einzigen Ziffer besteht. Um die digitale Verarbeitungselektronik der Schaltung 13 nicht zu kompliziert werden zu lassen, ist das Verhältnis g in der Praxis vorzugsweise gleich einer Potenz von 2, d. h. gleich 2, 4 oder 8. Das nachfolgend beschriebene Beispiel gestattet die Erzielung einer Vergrößerung um 2 auf volles Bildschirmformat.

Die Schaltung in Fig. 2 erhält folgende periodische Signale: Das Rasterlösch- oder Rasterwechselsignal Ft, das von der Steuerschaltung 15 in Fig. 1 geliefert wird, das Zeilenlösch- oder Zeilenwechselsignal Fl und das Signal Fe mit der Punktanalysefrequenz Fe, welche beide von der Digitalisierungsschaltung 6 geliefert werden, und das auch als Top-Signal bezeichnete Signal Fb, das die Frequenz des Auftretens der Bänder oder Streifen zu jeweils gleichzeitig elf Zeilen während der Analyse markiert und das von der Kamera 1 geliefert wird. Die Frequenzen und die jeweiligen Periodendauern dieser verschiedenen Signale können beispielsweise sein:

ft = 50 Hz (Tt = 20 ms),
fl = 15 625 Hz (Tl = 64 µs),
fe = 15 MHz (Te = 66,7 ns),
fb = 1420,4 Hz (Tb = 704 µs).

Die verschiedenen Schaltungen in dem Blockschaltbild der Fig. 2 werden nachfolgend von rechts nach links und von oben nach unten aufgelistet:

20: Eingangsregister
21: Digitalfilter
22: erstes Ausgangsregister
23: zweites Ausgangsregister
24, 25: zwei identische Speicher mit wahlfreiem Zugriff und alternierender Arbeitsweise, die einen Pufferspeicher bilden,
26, 27: zwei Multiplexregister für die Punktewahl
28, 29: zwei Multiplexregister für die Zeilenwahl
30: D-Flipflop
31: PROM-Speicher
32: Zeilenzähler
33: Punktezähler für das Auslesen
34: Harmonisierungsschaltung für die Abszissen
35: Punktezähler für das Einschreiben
36: Start-Schieberegister.

Im Handel ist ein Teil dieser Schaltungen unter folgenden Bezeichnungen erhältlich:

- Register 20: LS 174
- Register 21: zwei Schaltungen F 174 zuzüglich zwei Schaltungen LS 283
- Register 22: LS 374
- Speicher 24 und 25: zweimal sechs Speicher 2167
- Multiplexregister 26, 27, 28, 29: viermal zwei Schaltungen LS 399
- PROM-Speicher 31: 82 S 123
- Zähler 33 und 35: zweimal drei Schaltungen LS 163
- Schaltung 34: zwei Schaltungen 4174
- Zeilenzähler 32: 4163.

Die von der Digitalisierungsschaltung 6 seriell abgegebenen Daten (siehe Fig. 1) liegen am Eingang 40 des Blockschaltbildes gemäß Fig. 2 in Form von 6 Bit parallel auf 6 Leitern an, u. zw. für jeden augenblicklich analysierten Punkt des Bildes. Die Information wird den Schreibeingängen der Speicher 24 und 25 über das Eingangsregister 20 zugeführt, das die Aufgabe hat, die Datensignale gesteuert von dem Signal Fe zu synchronisieren. Während in den einen Speicher eingeschrieben wird, beispielsweise in den Speicher 24, wird der andere ausgelesen und umgekehrt, was aus dem Blockschaltbild dadurch erkennbar ist, daß, solange der Speicher 24 an seinem Schreib/Lese-Eingang E/L ein Datensignal von dem mit 37 bezeichneten Ausgang Q des D-Flipflops 30 erhält, der Speicher 25 das komplementäre Signal an seinem Eingang E/L über einen Inverter 38 erhält. Die Kapazität jedes Speichers ist gleich m Zeilen, nämlich nur 11 Zeilen. Im Normalbetrieb (g=1) zählt jede Zeile p nutzbare Punkte, beispielsweise 780 Punkte. Bei elektronischer Vergrößerung ist die Länge der analysierten Zeile im selben Verhältnis verkürzt wie in Rasterrichtung, damit das abgetastete Gesichtsfeld seine tatsächlichen Proportionen, d. h. im Verhältnis der Vergrößerung e, beibehält. Das Verhältnis der Flächen der gleichen Bildszene auf dem Bildschirm des Fernsehmonitors ist mithin gleich g², bezogen auf den Normalbetrieb und auf den Betrieb mit einer Vergrößerung um g. Der Aufbau einer analysierten Zeile im Vergrößerungsbetrieb auf dem Bildschirm des Monitors geschieht folglich im allgemeinen durch Interpolation der analysierten Punkte, beispielsweise durch Duplizierung oder Wiederholung jedes Punktes so oft wie notwendig, d. h. g-mal, bevor auf den nächsten Punkt übergegangen wird. Zunächst wird der Einfachheit halber angenommen, daß dieses bekannte Verfahren zur partiellen Analyse und anschließenden Dehnung zur Darstellung der analysierten Teile der Zeilen gemäß dem Blockschaltbild der Fig. 2 verwendet wird. Für eine digitale Vergrößerung um den Faktor 2 wird also lediglich eine Hälfte, beispielsweise die zweite Hälfte jeder Zeile, berücksichtigt und durch die Schaltung 13 verarbeitet. In diesem Falle ist die Kapazität der Speicher 24 und 25 zweimal m Zeilen zu p/2 Pixel (Bildelemente), nämlich gleich mp-Pixel. Im gewählten Beispiel wird jeder Pixel mit 6 Bit gespeichert. Die minimale Speicherkapazität ist hier folglich 6mal 4290 Bit.

Auf der Grundlage von integrierten Bit-Speicherschaltungen kann man folglich entweder 6 Schaltungen 2147 zu jeweils 4 K Bit verwenden, wenn man sich auf 95% der Bildschirmbreite beschränkt, oder 6 Schaltungen 2167 zu jeweils 16 kBit. Eine digitale Vergrößerung auf volles Bildschirmformat kann in gleicher Weise auch dadurch erhalten werden, daß man die Amplitude bei der Vertikalablenkung durch 4 dividiert und lediglich ein Viertel jeder analysierten Zeile verarbeitet. Außerdem müssen nach dem vorliegenden Vorschlag viermal m Zeilen zu p/4 Pixel nämlich mp Pixel gespeichert werden, was zu der gleichen Speicherkapazität führt, wie bei der digitalen Vergrößerung um 2.

Zurückkehrend zum Blockschaltbild der Fig. 2 wird nachfolgend zunächst derjenige Teil beschrieben, der das Einschreiben und das nachfolgende Auslesen der Punkte jeder analysierten Zeile betrifft, die auf dem Bildschirm des Monitors wieder aufgebaut wird. Das gleiche Signal, das das Einschreiben in den Speicher 24 steuert, wird auf den Steuereingang der Register 26, 27, 28, 29 übertragen, was bewirkt, daß die tiefliegenden Eingänge, d. h. die in dem Blockschaltbild unten liegenden Eingänge der Register angewählt werden. Der von dem Zähler 35 kommende Adressenbus 39 ist mithin für das Einschreiben der aufeinanderfolgenden Punkte und der aufeinanderfolgenden Adressen aktiviert, gleichzeitig mit einem FIFO-Betrieb der Speicher 24 und 25 hinsichtlich der Punkte. Der Zähler 35 arbeitet mit einem Inkrementalrhythmus gleich der Frequenz fe u. zw. gesteuert von dem Signal Fe an seinem Takteingang. Des weiteren wird sein Zählvorgang durch die Abszissenharmonisierschaltung 34 gestartet, die den Zähler 35 derart voreinstellt, daß nach seiner Rückstellung auf Null mittels des Signals Fl bei jedem Zeilenwechsel während einer vorgegebenen Zahl von Taktperioden seine Ausgänge auf Null bleiben, wonach die Ausgangssignale sich in Binärschritten erhöhen. Für eine Vergrößerung um 2 beträgt die betreffende vorbestimmte Zahl beispielsweise 390; für eine Vergrößerung um 4 ist die Zahl gleich 585. Während die Punkte einer verarbeiteten Analysezeile in beispielsweise den Speicher 24 eingeschrieben werden, werden diejenigen einer anderen, zuvor eingespeicherten Zeile aus dem Speicher 25 ausgelesen. Gesteuert von dem Signal am Ausgang 37 des Flipflops 30 sind die Leseadressen diejenigen, die an den unteren Eingängen der Schaltung 27 anliegen und von dem Zähler 33 kommen. Der Zähler 33, der die Signale Fe und Fl erhält, wird bei jeder Periode des Signals Fl im Augenblick des Zeilenwechsels auf Null zurückgesetzt. Die Inkrementierung der Adressen auf dem Ausgangsbus 41 beginnt ausgehend von dem Binärwert Null mit diesem Augenblick, geschieht in der gewohnten numerischen Reihenfolge und dauert während der gesamten Zeilenperiode (abzüglich der Zeilen Rücklaufzeit auf dem Bildschirm des Monitors) mit einem Inkrementierungsrhythmus gleich fe/2 an. Auf diese Weise erscheint jedes Pixel auf dem Datenausgangsbus 42 und folglich am Ausgang 43 der Schaltung in Fig. 2 in Form von 6 parallelen Bit während einer Dauer gleich 2 Punktperioden, was sich in Form von zwei benachbarten, identischen Punkten auf einer Zeile des Bildschirms 4 des Monitors auswirkt, wobei jede Zeile des Monitors zweimal 390 Punkte umfaßt. Nachdem auf diese Weise 11 Zeilen verarbeitet wurden, ist der Speicher 24 voll, und der Speicher 25 leer. Der Ausgangszustand des Flipflops 30 kehrt sich um, was bewirkt, daß der Speicher 24 in den Lesebetrieb, der Speicher 25 in den Schreibbetrieb geht, und daß in den Multiplex-Wahl-Registern 26, 27, 28 und 29 die hochliegenden Eingänge angewählt werden. Was die Verarbeitung der Punkte für die 11 folgenden Zeilen anbelangt, geschieht alles genau wie zuvor beschrieben, abgesehen von der Vertauschung der Rollen der Speicher 24 und 25.

Jede an einen Eingang 44 des Zeilenzählers 32 gelieferte Periode des Signals Fb entspricht physisch der Analyse jedes Gesichtsfeldbandes oder -streifens zu 11 Zeilen. Diese Zeilen sind seriell am Eingang 44 der Schaltung verfügbar. Der Beginn jeder Periode von Fb fällt daher mit dem Beginn der ersten Zeile jedes Bandes von 11 Zeilen zusammen. Ändert man die Bezeichnungen, die im Vorhergehenden für die Aufeinanderfolge der Zeilen am Eingang 40 benutzt wurden, um das für ein geradzahliges oder ein ungeradzahliges Raster erhaltene Ergebnis zu verdeutlichen, so erhält man beispielsweise die folgende Abfolge, wenn man die Zeile Nr. 1 unabhängig von dem betrachteten Raster als Ursprung und einen Schritt zwischen analysierten Zeilen gleich 1, nämlich einen Schritt gleich 2 zwischen einandergrenzenden Zeilen eines Bandes zu 11 Zeilen wählt:

1-3-5-7-9-11-13-15-17-19-21-
12-14-16-18-20-22-24-26-28-30-
32-23-25-27-29-31-33-35- . . .

was sich auch wie folgt schreiben läßt, um die räumliche Verschiebung zu verdeutlichen:

Das Signal Fb wird in bezug auf diese Abfolge von Zeilen derart synchronisiert, daß der Anfang jeder Periode mit dem Beginn der Zeilen 1, 12, 23 usw. zusammenfällt.

Man erhält in jedem Speicher 24 und 25 eine Abfolge von Zeilen mit den Nummern 1, 2, 3 . . . 11. Zweck dessen ist, daß die Zeilen, die gemäß den obigen Ausführungen in unregelmäßiger Folge eintreffen, entsprechend ihrer üblichen Ordnungszahl oder Nummer eingespeichert werden. Dies ist zufolge von drei einfachen Maßnahmen möglich: Die Adressen werden in Zweierschritten erhöht; bei der Umschaltung von einem Analyseband oder -streifen auf den nächsten findet zuvor eine Rückkehr auf die Zeile 1 (bzw. 2) des Speichers auf der Ebene des Adressenbusses in dem Speicher, in den gerade eingespeichert wird, statt; die Rolle der Speicher hinsichtlich Lesen/Schreiben wird nach Erscheinen der

ersten Zeilen jedes Bandes von m (11) Zeilen vertauscht. Diese drei Funktionen werden durch die Elemente 32, 30, 31, 28 und 29 in Fig. 2 verwirklicht. Der Zeilenzähler 32 ist ein zyklisch bis 11 zählender Zähler; er zählt mit der Frequenz des Auftretens der Zeilen, da er an seinem Takteingang das Signal Fl erhält und er ist in der Weise verriegelt, daß beim Auftreten jedes Impulses des Signals Fb an seinem Eingang 44 (alle 11 Zeilen) auf einer Ausgangsleitung 45 ein Impuls erscheint, nach dem

Zeilen gezählt worden sind. Dieser Impuls wird dem Takteingang des D-Flipflops 30 zugeführt. Das D-Flipflop 30 wirkt wie ein Teiler im Verhältnis 1 : 2. An seinem Ausgang 37 tritt abwechselnd der logische Zustand 1 oder 0 auf, wobei jeder Zustand während der Dauer von 11 Zeilen aufrechterhalten bleibt. Gleichzeitig mit dem Erscheinen des Impulses auf dem Leiter 45 geht der Zähler von dem Zählzustand 11, also in Binärdarstellung 1011 auf dem Ausgangsbus 46 auf den Zählzustand 1, also 0001 in Binärdarstellung, über. Wie oben für die Verarbeitung der Punkte beschrieben, wird für die Zwecke dieser Erläuterung angenommen, daß in den Speicher 24 eingeschrieben und aus dem Speicher 25 ausgelesen wird. Die unteren Eingänge der Zeilenmultiplexregister sind angewählt. Das Auslesen aus dem Speicher 25 geschieht in der üblichen numerischen Reihenfolge 1, 2, 3, . . ., 11 gesteuert von dem Adressenbus 46. Hingegen sind die von dem Bus 46 gelieferten Adressen, die für das Einschreiben in den Speicher 24 vorgesehen sind, zuvor durch den PROM-Speicher 31 in folgender Weise umgewandelt:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
↕
2 4 6 8 10 1 3 5 7 9 11

was in der Praxis in binärer Zahlendarstellung geschieht. Es kann auch nach folgendem Schema vorgegangen werden:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
↕
1 3 5 7 9 11 2 4 6 8 10

Im ersteren Fall soll der Impuls auf dem Leiter 45 gleichzeitig mit dem Zählzustand 1 auf dem Bus 46 nach Ablauf der Zeit Tl nach dem Auftreten des Impulses auf dem Leiter 44 stattfinden und im zweiten Fall nach Ablauf der Zeit Tl. Man erzielt auf diese Weise eine Wiederherstellung der Reihenfolge der Zeilen durch Adressieren beim Einschreiben in die Speicher 24 und 25. Bei der Umkehr der Schreib/Lese-Funktion bezüglich der Speicher 24 und 25 kommen die Schreibadressen für den Speicher 25 von dem Bus 46 über den PROM-Speicher 31 und die oberen Eingänge der Schaltung 29 und die Adressen zum Auslesen des Speichers 24 kommen unverändert über den Bus 46 und die Schaltung 28 (obere Eingänge).

Allgemeiner ausgedrückt können, wenn m gleich 2p+1 ist, die oben angegebenen Verteilungen von Gruppen von m Zeilen wie folgt geschrieben werden:

1, 2, 3, . . . p, p + 1, . . . 2p + 1
↕
2, 4, 6, . . . 2p, 1, . . . 2p + 1

und

1, 2, 3, . . . p, p + 1, . . . 2p + 1
↕
1, 3, 5, . . . 2p + 1, 2, . . . 2p

Entsprechend der obenstehenden Arbeitsweise läßt sich feststellen, daß dann, wenn i, i+1, und i+2 die Ordnungszahlen von drei aufeinanderfolgenden Analysebändern von je m=2p+1 Zeilen sind, die sich paarweise um die Hälfte überlappen, wobei die Zeilen beispielsweise des Bandes i mit 1i, 2i, . . ., (2p+1)i, bezeichnet werden können, die Reihenfolge der Einspeicherung durch die Schaltung zur Wiederherstellung der Reihenfolge der Zeilen die folgende ist:

1_i+1, (p + 2)_i, 2_i+1, (p + 3)_i, . . ., (2p)_i,
p_i+1, (2p + 1)_i, (p + 1)_i+1

dies gilt für einen der beiden Speicher. Anschließend gilt:

1_i+2, (p + 2)_i+1, 2_i+2, (p + 3)_i+1, . . ., (2p)_i+1,
p_i+2, (2p + 1)_i+1, (p + 1)_i+2

für den anderen der beiden Speicher. Dies setzt sich abwechselnd fort.

Vorzugsweise ist der gemeinsame Ausgangsdatenbus 47 der Speicher 24 und 25 mit einem digitalen Filter 21 verbunden, das ein Register zur Resynchronisierung der Daten (nicht dargestellt), gesteuert von dem Signal Fe, sowie eine Schaltung enthält, die die Aufgabe hat, jedes empfangene Datum um eine Taktperiode (nämlich 2 Te) zu verzögern und zu dem folgenden Datum hinzuzuaddieren. Am Ausgang dieser Schaltung wird das Bit mit der niedrigsten Wertigkeit abgeschnitten bzw. unterdrückt, was in binärer Darstellung einer Division durch 2 entspricht. Am Ausgang des Filters 21 erhält man dann einen Punktdatenfluß, der der gleiche wie der eingangsseitige Datenfluß, d. h. fe/2, ist, wobei die Information jedes Punktes durch die mittlere Information zweier benachbarter Punkte ersetzt ist, was eine Glättung der Information gestattet. Die Ausgangsregister 22 und 23 dienen dazu, die Datensignale in bekannter Weise zu resynchronisieren. Man könnte sich auf ein einziges Ausgangsregister beschränken, jedoch würden in diesem Fall die ersten Zeilen des Bildes auf dem Bildschirm des Fernsehmonitors einer nichtdefinierten Information entsprechen. In der Tat muß in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel zu Beginn jedes Rasters eine Menge von 17 (bzw. 16) Zeilen eingespeichert werden, bevor eine signifikante Information in einen der beiden Speicher 24 bzw. 25 eingelesen wird. Anstelle dieser fehlerhaften Information ist eine Maskierung der ersten, oberen Zeilen auf dem Bildschirm durch eine weiße oder schwarze Maske zu bevorzugen. Hierzu wird die Schaltung 36 und das erste Ausgangsregister 22 benutzt. Die Schaltung 36 ist ein Schieberegister, das an seinem Eingang zur Rückstellung auf Null das Signal Ft erhält und an seinem Takteingang das Signal Fl. Während 17 Taktimpulsen, gezählt von dem Nullstellimpuls an, liefert die Schaltung 36 ein logisches Signal, das nach Resynchronisation über das Register 22 das Register 23 inhibiert (blockiert), dessen Ausgänge folglich alle auf Null (bzw. auf 1) liegen; beim achtzehnten (bzw. beim siebzehnten) Taktimpuls kehrt sich der Zustand dieses logischen Signals um, so daß das Register 23 in der Lage ist, die empfangene Information weiterzuübertragen.

Die Verwirklichung einer digitalen Vergrößerung auf volles Bildschirmformat um den Faktor 2 ermöglicht die Verbesserung der Reichweite des Systems um etwa 20% in bezug auf das Ausgangsbild, u. zw. zufolge der hier einleitend beschriebenen Vorteile. Des weiteren liefert diese digitale Vergrößerung um den Faktor 2 ein besseres Bild als dasjenige, das aus einem Bildspeicher erhalten wird; die Verwirklichung einer digitalen Vergrößerung um den Faktor 4 oder 8 ist ebenfalls möglich, jedoch wird die Reichweite des Systems im Vergleich zu einer Vergrößerung um den Faktor 2 nicht weiter gesteigert, da die räumliche Abtastfrequenz schon bei einer digitalen Vergrößerung um den Faktor 2 hinreichend groß ist. Im Fall einer digitalen Vergrößerung um den Faktor 4 beispielsweise wird die Winkelgeschwindigkeit und die Rasterabtastamplitude jeweils durch 4 dividiert, so daß lediglich das zentrale Viertel des Gesichtsfeldes in Rasterrichtung analysiert wird, u. zw. gesteuert von einem nicht dargestellten Signal B′, analog zu dem Signal B (siehe Fig. 1); für die Verarbeitung des auf dem Leiter 7 erhaltenen digitalen seriellen Signals können Schaltungen analog denjenigen der Fig. 2 verwendet werden, mit folgenden wesentlichen Unterschieden: Es werden vier Speicher verwendet, die die gleiche Gesamtspeicherkapazität haben, wie die Anordnung aus den Speichern 24 und 25. Einer der vier Speicher wird zum Auslesen benutzt, während in die drei anderen eingeschrieben wird und die Vertauschung Schreiben/Lesen zwischen zwei benachbarten Speichern geschieht alle 11 Zeilenperioden, was den aus den Bauelementen 30 und 38 der Fig. 2 bestehenden logischen Teil der Schaltung etwas komplizierter macht. Die Umwandlung der Adressen durch eine Schaltung analog der Schaltung 31 in Fig. 2 ist ebenfalls komplexer; hat man beispielsweise vier aufeinanderfolgende Analysebänder, deren Zeilen wie folgt numeriert sind: 1 bis 11, 12 bis 22, 23 bis 33, 34 bis 44, so ist die beispielsweise durch einen PROM-Speicher vorzunehmende Zuordnung zwischen seinem Eingang und seinem für den vierten der vier Speicher im Schreibfall bestimmten Ausgang die folgende: 25, 17, 9, 34, 26, 18, 10, 35, 27, 19, 11, wobei die Adressen am Ausgang jeweils in Viererschritten anwachsen usw. auf der Basis 11 für eine zyklische Aufeinanderfolge von vier Speichern. Der Einschreiberhythmus bleibt gleich fe, während der Leserhythmus gleich fe/4 wird und jeder Punkt in Zeilenrichtung dreimal dupliziert wird. In vergleichbarer Form läßt sich eine digitale Vergrößerung auf volles Bildschirmformat um den Faktor 8 oder um ein anderes Vielfaches von 2 auf der vorstehend beschriebenen Basis verwirklichen.

Die Erfindung ist nicht auf Vergrößerungswerte von g gleich Vielfachen von 2 beschränkt. Theoretisch ist die Erfindung auch auf jeden beliebigen ganzzahligen Wert von g anwendbar, jedoch beschränkt man sich in der Praxis auf Werte von g<10 und andererseits ist eine geometrische Reihe der Vergrößerungen auf der Basis von 2 ausreichend und genügend. Des weiteren ist es schwierig, eine Frequenz in elektronischen Schaltungen durch einen ganzzahligen Wert zu dividieren, der kein Vielfaches von 2 ist.

Man kann auch vorsehen, daß das Einschreiben der analysierten und numerierten Zeilen in den Pufferspeicher 24 und 25 in der Reihenfolge ihres Eintreffens erfolgt, wobei dann die Wiederherstellung der korrekten räumlichen Reihenfolge durch entsprechende Adressierung beim Auslesen geschehen muß.

Der vorliegende Vorschlag ist vor allem in der Anwendung in Rasterrichtung von Interesse, wie dies auch vorstehend beschrieben wurde. Möglich ist aber auch eine Anwendung in Zeilenrichtung, jedoch in anderer Weise, u. zw. infolge der Unsymmetrie, die zwischen der Abtastung in Rasterrichtung und der Abtastung in Zeilenrichtung besteht. Die letztere wird niemals mittels mehrerer Detektoren durchgeführt, deren Ausgangssignale parallel empfangen werden, sondern die Abtastung erfolgt auf der Basis eines einzigen Signales je analysiertem Elementarfeld, selbst wenn mehrere Detektoren in Zeilenrichtung verwendet werden. Die Verwirklichung des vorliegenden Vorschlages für die Zeilenabtastung besteht darin, während jeder Zeilenperiode Tl eine halbe Zeile mit einer doppelten Punktefrequenz, nämlich 2 fe abzutasten, d. h. die räumliche Abtastfrequenz zu verdoppeln. In diesem Fall entspricht die chronologische Aufeinanderfolge der Punkte auf dem Leiter 7 der korrekten räumlichen Abfolge in der Abszissenrichtung, und die digitale Verarbeitung des Signals wird bei Wahl dieser Variante des Vorschlages wenig beeinflußt. Das Einschreiben der Punkte in den Speicher geschieht ganz einfach mit der Frequenz g · fe. Die Lesefrequenz der Punkte bleibt gleich fe/g. Hingegen zwingt diese neue Betriebsart zur Verwendung einer anderen sich drehenden Spiegeltrommel (sofern eine solche benutzt wird), was erforderlich macht, den optomechanischen Abtastteil der Kamera anzupassen und nicht etwa nur eine unterschiedliche Steuerung des Betriebes vorzunehmen. Diese Anpassung wird nachfolgend unter Bezug auf die Fig. 3 beschrieben.

In Fig. 3 ist eine erste Spiegeltrommel 51 dargestellt, die für die übliche Abtastung bestimmt ist. Die Trommel 51 hat eine bestimmte Anzahl f gleichartiger Flächen, wobei die Ebenen von zwei aneinandergrenzenden Flächen miteinander den Elementarwinkel 2π/f einschließen, beispielsweise 60° für eine Trommel mit 6 Flächen. Für eine bestimmte, nachgeordnete Optik legt dieser Elementarwinkel die Länge jeder Zeile fest. Für eine halb so große analysierte Zeilenlänge muß der Wert des Elementarwinkels auf die Hälfte vermindert werden, d. h. die Zahl der Flächen der rotierenden Trommel muß verdoppelt werden. Darüber hinaus muß die Winkelgeschwindigkeit dieser zweiten rotierenden Trommel 52, die an die Stelle der ersten tritt, auf die Hälfte der Winkelgeschwindigkeit der ersten Trommel vermindert werden, da die Zeilenmenge die gleiche wie im normalen Betrieb, d. h. gleich fl bleiben soll. Der Ersatz der einen Trommel durch die andere kann mittels einer nicht dargestellten Wechselvorrichtung erfolgen, wobei die Achsen der Trommeln voneinander getrennt sind. Vorzugsweise sind die zwei Trommeln 51 und 52 jedoch, wie in Fig. 3 dargestellt, auf einer gemeinsamen Rotationsachse 53 angeordnet. Die Achse 53 kann in ihrer Längsrichtung gemäß dem Pfeil 54 derart verschoben werden, daß beim Anlegen eines nicht dargestellten Signales B′′ die Trommel 52 den Platz einnimmt, an dem sich zuvor die Trommel 51 befunden hat. Anschließend ändert sich die Winkelgeschwindigkeit der Achse 53, ebenfalls gesteuert von dem Signal B′′ von dem Wert ω′ im Normalbetrieb auf den Wert ω′/2, u. zw. entweder auf mechanischem Wege, in welchem Fall die Verschiebung der Achse von einem Wechsel des Übersetzungsverhältnisses begleitet ist, oder durch elektronische Steuerung des Antriebsmotors.

Der Komplementärwert des Signals B′′ führt zur Rückkehr in den Normalbetrieb.

Der vorliegende Vorschlag geht über die konkret beschriebenen Beispiele und Abwandlungen hinaus. Zumindest theoretisch ist es denkbar, in Fig. 1 den Schaltungsblock 13 wegzulassen und die korrekte Reihenfolge der Zeilen in dem Fernsehmonitor selbst wiederherzustellen. Hierzu muß die elektronische Vertikalablenkung derart geändert werden, daß beispielsweise für eine Vergrößerung um den Faktor 2, m Zeilen mit einer Schrittweite von 2 Zwischenzeilen durchlaufen werden, bei Ankunft auf der Zeile mit der Ordnungszahl m, ein Rücklauf um m+1 Zwischenzeilen stattfindet, von neuem m Zeilen mit dem vorgenannten Zwischenraum zwischen den Zeilen durchlaufen werden und so weiter, bis der ganze Bildschirm des Monitors überstrichen ist. Dies ist allerdings in der Praxis sehr schwierig und aufwendig, da sich Ablenk- und Synchronisationsprobleme für die Vertikalablenkung des Monitors ergeben und jedenfalls ein nach dem CCITT-Standard arbeitender Fernsehmonitor nicht verwendet werden kann, was nicht unbedingt vorteilhaft ist.

Claims

1. Infrarot-Thermographiesystem, bestehend aus

- einer Infrarotkamera mit einer Rasterabtastvorrichtung mit paralleler oder seriell-paralleler Abtastung und einer Zeilenabtastvorrichtung zur punktweisen Analyse durch Projektion auf eine Detektormatrix, die in Rasterrichtung aus mindestens einem Detektionsstreifen besteht, der eine ganze Zahl m von parallelen photoempfindlichen Detektoren für die gleichzeitige Analyse eines Streifens oder Bandes von m benachbarten Zeilen eines Gesichtsfeldes umfaßt, wobei das Bild des Gesichtsfeldes aus aneinandergrenzenden Elementarfeldern mit einem Detektor pro Elementarfeld besteht,
- einem elektronischen Verarbeitungsmodul für das analoge Ausgangssignal der Kamera, der mindestens eine Digitalisierungsschaltung für dieses Analogsignal und mindestens einen D/A-Wandler für das verarbeitete Signal enthält,
- einer Schaltung zur Erzeugung eines Bildes aus dem Ausgangssignal des D/A-Wandlers auf einem Fernsehmonitor,
- Schaltungen zur digitalen Bildvergrößerung,

dadurch gekennzeichnet, daß diese Schaltungen (13, 14, 15) eine digitale Vergrößerung auf volles Bildschirmformat ermöglichen und aus einer Steuerschaltung (15), Sequenzgebern, einem Pufferspeicher (24, 25) und einer Schaltung (31) zur Wiederherstellung der Zeilenreihenfolge bestehen, und daß die Steuerschaltung (15) die Rasterabtastbewegung im Vergleich zu der normalen Betriebsart im Verhältnis des gewählten Vergrößerungsfaktors g bei gleichbleibender Rasterabtastzeit derart verlangsamt, daß sich die Bilder von zwei beliebigen Analysebändern, die sich zeitlich folgen, projiziert auf die Detektoren überlagern, wobei die räumliche Verschiebung zwischen diesen aufeinanderfolgenden streifen- oder bandförmigen Bildern größer als die Abmessung eines Detektors in Rasterrichtung ist, und daß die Ausgangssignale der m Detektoren nach Umwandlung in eine serielle, digitale Form in den Pufferspeicher (24, 25) mit einer Kapazität von mindestens 2 m Zeilen in der Weise eingeschrieben und ausgelesen werden, daß die chronologische Aufeinanderfolge der Zeilen am Ausgang des Speichers zum Aufbau oder zur Wiederherstellung des Bildes des Gesichtsfeldes auf dem Monitor die gleiche ist wie die räumliche Aufeinanderfolge der analysierten Zeilen dieses Gesichtsfeldes.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl m ungeradzahlig ist und die digitale Vergrößerung auf das Zweifache, das Vierfache oder das Achtfache erfolgt (g gleich zwei, gleich vier oder gleich acht).

3. System nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zeilenabtastung mittels einer ersten, sich drehenden Spiegeltrommel erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer digitalen Vergrößerung auf volles Bildschirmformat mit einem vorbestimmten, ganzzahligen Vergrößerungsfaktor g die Achse (53), auf der die Trommel (51) sitzt, eine zweite Spiegeltrommel (52) mit winkelmäßig gleichmäßig verteilt angeordneten Spiegeln trägt, wobei die Zahl der Spiegel im Verhältnis zu der Zahl der Spiegel der ersten Trommel (51) um den vorgegebenen Vergrößerungsfaktor g erhöht ist, und daß die Achse (53) in ihrer Längsrichtung (54) derart verschiebbar ist, daß die zweite Trommel (52) für den Vergrößerungsbetrieb an die Stelle der ersten Trommel (51) treten kann, und daß die Winkelgeschwindigkeit der zweiten Trommel (52) halb so groß wie die Winkelgeschwindigkeit der ersten Trommel (51) ist.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Pufferspeicher aus zwei Speichern (24, 25) gleicher Kapazität besteht, die derart abwechselnd arbeiten, daß der eine die Daten erhält, während der andere ausgelesen wird, und daß die Schaltungen zur Wiederherstellung der Zeilenreihenfolge die Adressierung beim Einschreiben in die Speicher (24, 25) in der Weise steuern, daß m Zeilen zyklisch ineinandergeschachtelt sind, die in dem Gesichtsfeld räumlich aufeinanderfolgen und die aus den Zeilen von g aufeinanderfolgenden Analysebändern entnommen sind, welche jeweils m sich überlagernde Zeilen umfassen.

5. System nach Anspruch 4, zur digitalen Vergrößerung um den Faktor 2 (g gleich zwei), dadurch gekennzeichnet, daß für drei aufeinanderfolgende mit i, i+1 und i+2 bezeichnete, aufeinanderfolgende Analysebänder zu m=2p+1 Zeilen, die sich paarweise überlappen, wobei die Zeilen beispielsweise des Bandes i bezeichnet sind mit 1i, 2i, . . ., (2p+1)i, die Schaltungen zur Wiederherstellung der Zeilenreihenfolge die Zeilen in den einen der beiden Speicher in folgender Reihenfolge einspeichern: 1_i+1, (p + 2)_i, 2_i+1, (p + 3)_i, . . ., (2p)_i, p_i+1,
(2p + 1)_i, (p + 1)_i+1sowie die Zeilen in den anderen Speicher in folgender Reihenfolge:1_i+2, (p + 2)_i+1, 2_i+2, (p + 3)_i+1, . . ., (2p)_i+1,
p_i+2, (2p + 1)_i+1, (p + 1)_i+2und in dieser Form abwechselnd weiter.