DE3903861C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Harmonisierung der op­ tischen Achsen von Wärmebildgeräten gemäß dem Gattungsbegriff des An­ spruchs 1.

Beim Stand der Technik werden in Visieren Prüfmarken zur Achsharmonisie­ rung von optronischen Sensoren mit Strahlungs-Quellen in Kollimatoren erzeugt, wobei für eine manuelle Harmonisierung oft Fadenkreuze verwen­ det werden, dagegen bei automatischen Verfahren scheibenförmige Marken auf der optischen Achse zur Abbildung kommen.

Aus den Druckschriften DE-AS 25 50 941, OE-PS 34 29 273 und DE-AS 26 25 081 sind solche Achsharmonisierungsverfahren bekannt, bei denen die Harmonisierung von optronischen Sensoren in Beobachtungsgeräten durch Prüfmarken-Projektoren durchgeführt wird, wobei im Gesichtsfeld des Sensors bzw. auf oder in einem bestimmten Abstand von dessen opti­ scher Achse ein Prüfmuster erzeugt wird.

Wegen der unvermeidlichen Verluste in den Einspiegelungswegen zwischen Kollimator und Sensor erscheinen die Marken oder Prüfmuster mit relativ geringer Helligkeit insbesondere in Wärmebildgeräten bei äquivalenter Temperaturdifferenz zum Hintergrund bzw. Visierbild.

Es wurde schon vorgeschlagen, eine Verbesserung der Verhältnisse bei Wärmebildgeräten durch Erhöhung der Quellentemperatur zu erzielen, aber diese Verbesserung war nur geringfügig, da im 8- bis 12-µm-Bereich die Strahlungsleistung nur ungefähr ∼ T steigt und die Schmelztemperatur bzw. Oxydationstemperatur der als Quelle verwendeten beheizten Materia­ lien der Erhöhung von T eine Grenze setzt.

Als Konsequenz davon darf nach dem bisherigen Stand der Technik ein WBG beim Harmonisierungsvorgang nicht mit Szenenstrahlung beaufschlagt wer­ den, damit nicht Prüfmuster und warme Objekte im Szenenbild verschmelzen und so den Harmonisierungsvorgang unzulässig beeinflussen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und ein Verfahren aufzuzeigen, das dergestalt arbeitet, daß die Beobachtung der Szene durch den Harmonisie­ rungsvorgang der optischen Achsen weder unterbrochen noch beeinträchtigt wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgezeigten Maßnahmen ge­ löst. In den Unteransprüchen sind Weiterbildungen und Ausgestaltungen angegeben und in der nachfolgenden Beschreibung anhand von Ausführungs­ beispielen erläutert und in den Figuren der Zeichnung skizziert. Es zei­ gen

Fig. 1 ein Schemabild des Visiers, mit der Strahlungsquelle, dem Kolli­ mator, dem Wärmebildgerät und dem Korrelator;

Fig. 2 schematisch unterschiedliche Prüfmusterbilder;

Fig. 3 einen geeigneten Kollimator eines ersten Ausführungsbeispiels mit einer thermischen Quelle in schematischer Darstellung;

Fig. 4 einen geeigneten Kollimator eines ersten Ausführungsbeispiels mit einer Laser-Quelle in schematischer Darstellung.

Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau eines Visiers, wie er auch in der älteren Anmeldung P 37 39 698.6-51 erläutert wurde. Dabei ist mit 1 ein Kollimator, mit 2 ein erster Sensor, z.B. eine Videokamera und mit 3 ein zweiter Sensor, z.B. ein Wärmebildgerät bezeichnet. Mittels eines Strahlteilers 5 wird das eingehende Licht auf den Sensor 3 und über wei­ tere Spiegel 9 und 10 auf den Sensor 2 verteilt. Das vom Kollimator 1 erzeugte Prüfmuster B 1, B 2, B 3 wird über den Spiegel 8 ebenfalls dem Strahlteiler 5 zugeführt. Nach außen ist das Visiergehäuse durch ein Fenster 6 abgeschlossen. Mit 4 ist der Korrelator bezeichnet, der die elektronische Auswertung vornimmt.

Fig. 2 zeigt einige Beispiele von Prüfmustern B 1 bis B 3, wie sie der Kollimator 1 mit Hilfe einer Lichtquelle erzeugt. Diese Muster werden durch entsprechend geformte Blendenöffnungen B gebildet.

Wie bereits erwähnt, ist bei Verwendung von thermischen Quellen die ge­ ringe Helligkeit der Prüfmarke M 1 bis M 3 im Wärmebildgerät 3 bisher ein Faktum, das hingenommen werden mußte. Sehr häufig weisen aber Punkte der Szenenstrahlung einige größere oder eine sehr ähnliche Helligkeit auf, wie sie die Prüfmarken M 1 bis M 3 haben. Dies führt zu den bekannten Störanfälligkeiten, die nunmehr dadurch behoben werden, daß ein Prüfmu­ ster B 1 bis B 3 erzeugt wird. das aus typischen Marken-Formen besteht, wie beispielsweise Kreisen M 1, Kreuzen M 2, Sternen M 3 etc., die jedoch nicht auf der optischen Achse liegen müssen, sondern in einem bestimmten Abstand davon, und zwar vorzugsweise in der oberen Bildhälfte auch lie­ gen können, wie in B 3 der Fig. 2 veranschaulicht ist. Diese Bildhälfte wird allgemein auch weniger von störenden Szenenanteilen beaufschlagt.

Das Ausgangssignal des Wärmebildgerätes 3 wird nun einem Korrelator 4 zugeführt, der jede der Marken M 1 bis M 3 - im hier beschriebenen Bei­ spiel von Prüfmuster B 3 sind es vorzugsweise fünf - mit einem entspre­ chend gespeicherten Muster korreliert und den Korrelationskoeffizienten sowie die Position der Marke M 3 bestimmt. Hierbei kann die Korrelation per Software in einem relativ langsamen Rechner 4, beispielsweise ein Mikroprozessor, erfolgen, da der Erwartungsraum für die jeweilige Marke wegen der langsamen Achsdrift - wie nachfolgend beschrieben - nur klein ist und somit nur wenige Pixel in einem Halbbildzeitraum - meistens 20 ms - abgespeichert werden müssen, während die Korrelationsoperation län­ ger dauern kann, im Prinzip bis zum nächsten Harmonisierungsvorgang.

Von Szenenanteilen gestörte Marken M 1 bis M 3 weisen niedrigere Korrela­ tionskoeffizienten auf und werden daher für die Positionsbestimmung der Achse - also im Harmonisierungsvorgang - eliminiert, da bereits die Po­ sition einer einzigen Marke ausreicht, um die Achslage berechnen zu kön­ nen, da die Verzeichnung der Optik bekannt ist und vom Mikroprozessor rechnerisch berücksichtigt wird.

Mit einer genügend großen Anzahl von Marken M 1 bis M 3 - wie bereits er­ wähnt, sind es bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel fünf - die vorzugsweise im oberen Teil des Bildfeldes liegen, läßt sich also eine sichere, zuverlässige Achsharmonisierung erreichen. Hierbei ist zu be­ rücksichtigen, daß die Achsdrift ja mit Zeitkonstanten von vielen Minu­ ten abläuft und deshalb der Harmonisierungsvorgang mit hoher Redundanz erfolgen kann. Die Variation der Szene durch die Bewegung der Visierli­ nie bzw. des Trägers des Visiers erlaubt somit genügend ungestörte Kor­ relationen.

Fig. 3 und 4 zeigen den Aufbau des Kollimators 1 näher, und zwar in zwei Varianten. Dabei werden zwei Lichtquellen Q 1 und Q 2 über einen Strahlen­ teiler S 2 jeweils über ein optisches System L 1 und L 2 auf eine gemeinsa­ me Blende B abgebildet und vom Konkavspiegel S 1 parallelgerichtet.

Die Quelle Q l besteht aus einer Glühlampe und/oder einer LED und dient zur Erzeugung des Prüf-Musters B 1 bis B 3 im sichtbaren Bereich. Die zur Erzeugung des Thermobildes verwendete thermische Quelle Q 2 im Kollimator wird durch einen optischen Verschluß V, der mit der Abtastvorrichtung des Wärmebildgerätes synchronisiert ist, so gesteuert, daß die Strahlung der Quelle Q 2 immer nur für kurze Zeit, vorzugsweise nur für ein einzi­ ges Halbbild, im Wärmebildgerät sichtbar ist.

Wegen der Zeitkonstante des betrachtenden Auges wird damit eine Störung des Beobachters ausgeschlossen. Weiterhin ist es möglich, an der - wie vorbeschrieben - ermittelten Achsposition ein synthetisches (Video-) Fa­ denkreuz als Zielmarke zu erzeugen.

Im zweiten Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 wird anstelle der thermischen Quelle eine Laser-Quelle Q 2 eingesetzt, beispielsweise ein CO₂-Laser. Mit einem derartigen Laser lassen sich leicht Leistungen erzeugen, die das Signal des Wärmebildgerätes sättigen und somit Prüfmarken erzeugen, die zumindest gleich hell sind, wie das hellste Objekt der Szene. Dies erlaubt weniger Prüfpunkte, z.B. nur einen einzigen zu benützen oder die Harmonisierungsvorgänge mit geringerer Redundanz durchzuführen.

Außerdem ist bei einem derartigen Laser die Möglichkeit gegeben, die Funktion des optischen Verschlusses durch Pulsen der Anregung zu erset­ zen.

Claims (8)

1. Verfahren zur Harmonisierung der optischen Achsen von optroni­ schen Sensoren. z.B. Wärmebildgerät, Videokamera in einer Visiereinrich­ tung, mittels Prüfmarken, die beim Harmonisierungsvorgang für die Posi­ tionsbestimmung durch Strahlungs-Quellen in Kollimatoren erzeugt werden, wobei von der Strahlungsquelle auf oder in einem bestimmten Abstand von der optischen Achse des jeweiligen Sensors ein Prüfmuster erzeugt wird, das aus einer oder mehreren Marken typischer Form besteht, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Ausgangssignal des optronischen Sensors (3) (Wär­ mebildgerät) einem Rechner (4) zur Bildanalyse zugeführt wird, der das Sensorsignal des Prüfmusters (B 1 bis B 3) mit einem entsprechenden ge­ speicherten Muster korreliert und den Korrelationskoeffizienten sowie die Position der Marken (M 1 bis M 3) im Bild des Sensors (3) bestimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Prüfmuster aus mindestens drei Marken (Kreisen M l, Kreuzen M 2, Sternen M 3 etc.) gebildet wird, die vorzugsweise in der oberen Hälfte des Vi­ sier-Bildfeldes liegen (oberhalb der optischen Achse).

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Marken (M 3) des Prüfmusters (B 3) mit einem niedrigen Korrelations­ koeffizienten vom Rechner (4) beim Harmonisierungsvorgang eliminiert werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der verwendeten Strahlungsquelle (Q 2, Q 2′) im Kollimator (1) und dem Sensor (3) ein mit der Abtastvorrichtung des Sensors (WBG) synchronisierter optischer Verschluß angeordnet ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung der thermischen Quelle immer nur für kurze Zeit - vorzugsweise nur für ein einziges Halbbild - im Visier des WBG sichtbar ist.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Anprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der ermittelten Achsposition ein synthetisches (Video-) Fadenkreuz als Zielmarke erzeugt wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß als Strahlungs-Quelle ein Laser (Q 2′), vor­ zugsweise ein CO₂-Laser verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ver­ wendung einer Laser-Quelle (Q 2′) der optische Verschluß (V) durch Pulsen der Anregung der Laser-Quelle ersetzt wird.