DE4208516A1 - Bildaufnahmesystem - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Bildaufnahmesystem für einen um eine Hauptachse rotierenden Flugkörper, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es sind Infrarot-Bildaufnahmesysteme für Flugkörper bekannt, die aus einer flugkörperfesten Aufnahmeoptik und einem ebenfalls mit dem Flugkörper fest verbundenen, opto-elektrischen Detektormosaik bestehen, welches aus flächig in der Bildebene der Aufnahmeoptik verteilten, zeilenweise abgetasteten Detektorelementen zusammen­ gesetzt ist.

Derartige Aufnahmesysteme erfordern für eine zufriedenstellende Bildauflösung eine sehr hohe Anzahl von Detektorelementen und sind dementsprechend kostspielig.

Ferner sind Infrarot-Aufnahmegeräte bekannt (DE 30 07 893 A1; DE 30 48 496 C1) bei denen das Sehfeld der Aufnahmeoptik mecha­ nisch, etwa mit Hilfe eines oszilierenden Umlenkspiegels oder ei­ nes gyroskopischen Antriebs, über die interessierende Sehszene verschwenkt und dadurch eine lineare oder zirkulare Bildabtastung mit einer einzigen, sich über das Bildfeld der Aufnahmeoptik er­ streckenden Detektorreihe erreicht wird. Der mechanische Aufwand für eine exakte Steuerung der Bildbewegung und der Rechenaufwand für die Korrelation der einzelnen Bildsignale zu den entsprechen­ den Bildpunkten sind erheblich.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Bildaufnahmesystem der eingangs genannten Art so auszubilden, daß auf baulich und signaltechnisch einfache Weise und mit vergleichsweise wenigen Detektorelementen eine einwandfreie Bildqualität mit einer hohen Bildauflösung er­ zielt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Bildaufnahmesystem gelöst.

Erfindungsgemäß wird unter Verzicht auf eine komplizierte, mecha­ nische Bildsteuerung durch eine gezielte Ausnutzung der Eigenro­ tation des Flugkörpers in Verbindung mit der zur Flugkörperachse radialen, aus vergleichsweise wenigen Einzelelementen bestehenden Detektoranordnung auf konstruktiv sehr einfache Weise eine konti­ nuierliche Bilddrehung mit einer hinsichtlich der Flugkörperachse polaren Bildabtastung in der Weise erreicht, daß aus den Bildsig­ nalen nach Maßgabe der jeweiligen Drehlage des Flugkörpers sowie des radialen Abstands der einzelnen Detektorelemente von der Flugkörper-Rotationsachse mit geringem Rechenaufwand und einer hohen Bildauflösung eine nicht-rotierende Abbildung der interes­ sierenden Sehszene erhalten wird. Das erfindungsgemäße Bildauf­ nahmegerät ist wegen seiner einfachen Bauweise und seiner hohen Bildqualität hervorragend für rotierende Flugkörper, aber natür­ lich auch für andere bewegte Trägersysteme geeignet, die eine kontinuierliche Rotation um eine Hauptachse ausführen.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind gemäß den Ansprüchen 2 und 3 anstatt einer einzigen, vorzugsweise meh­ rere, jeweils bezüglich der Flugkörperachse winkelig versetzt zu­ einander angeordnete Detektorreihen vorgesehen, wodurch sich auf sehr einfache Weise, nämlich durch entsprechende Wahl der Fre­ quenzempfindlichkeit der einzelnen Detektorreihen, eine frequenz­ selektive Bildabtastung (Anspruch 2) und/oder eine gegenüber der Rotationsfrequenz des Flugkörpers erhöhte Bildabtastfrequenz er­ zielen läßt.

Um das Sehfeld der Aufnahmeoptik verändern zu können, ist diese gemäß Anspruch 4 vorzugsweise bezüglich der Flugkörperachse schwenkbeweglich einstellbar, während die Detektorreihen aus Gründen einer baulichen Vereinfachung gemäß Anspruch 5 zweckmä­ ßigerweise starr mit dem Flugkörper verbunden und im Falle einer schwenkbaren Befestigung der Aufnahmeoptik vorzugsweise gemäß An­ spruch 6 jeweils kreisbogenförmig mit dem Krümmungsmittelpunkt im Schwenkzentrum der Aufnahmeoptik ausgebildet sind.

Ist, wie gemäß Anspruch 7 bevorzugt, die erfindungsgemäße, aus einer oder allenfalls wenigen flugkörperfesten Detektorreihen be­ stehende Detektoranordnung zur Infrarot-Bildabtastung vorgesehen, so zeigt sich als weiterer Vorteil der Erfindung, daß aufwendige Kühlmaßnahmen, wie sie sonst für Infrarot-Bildgeräte mit großflä­ chigen oder rotierenden Detektoranordnungen erforderlich sind, entfallen.

Um sowohl die Gesamtszene wie auch interessierende Szenenaus­ schnitte mit hoher Bildauflösung abbilden zu können, empfiehlt es sich schließlich gemäß Anspruch 8, eine Aufnahmeoptik mit konti­ nuierlich veränderlicher Brennweite zu verwenden.

Die Erfindung wird nunmehr anhand mehrerer Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in stark schematisierter Darstellung

Fig. 1 einen Längsschnitt eines am Bugende eines Flugkör­ pers angeordneten Bildaufnahmesystems;

Fig. 2 eine einzelne Detektorreihe des Bildaufnahmesystems gemäß Fig. 1 mit polarer Bildabtastung sowie einen Ausschnitt einer sich hieraus ergebenden Abbildung;

Fig. 3 eine Anordnung mehrerer, im gleichen Frequenzbe­ reich empfindlicher Detektorreihen zur Erhöhung der Bildabtastfrequenz;

Fig. 4 eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung einer so­ wohl zur Erhöhung der Bildabtastfrequenz als auch zur Bildabtastung in unterschiedlichen Freuqenzbe­ reichen aus mehreren Detektorreihen bestehenden De­ tektoranordnung; und

Fig. 5 eine Modifikation des Bildaufnahmesystems gemäß Fig. 1 mit einer schwenkbeweglich einstellbaren Aufnahmeoptik.

Das Bildaufnahmesystem gemäß Fig. 1, welches am vorderen Ende ei­ nes um seine Längsachse A-A rotierenden Flugkörpers 2 im Schutze einer Infrarot-Kuppel 4 angeordnet ist, enthält als Hauptbestand­ teile eine mit ihrer optischen Achse zur Flugkörperachse koaxia­ le, aus flugkörperfesten Einzelelementen bestehende Infrarot-Auf­ nahmeoptik 6, die nach Art eines mehrlinsigen Zoomobjektivs eine veränderliche Brennweite besitzt, sowie eine in der Bildeebene der Aufnahmeoptik 6 ebenfalls flugkörperfest angeordnete Infra­ rot-Detektoranordnung 8, die an eine Elektronik 10 zur Verarbei­ tung der von der Detektoranordnung 8 erzeugten, elektrischen Bildsignale angeschlossen ist und eine zentrale kyrostatische Kühlung 12 besitzt.

Gemäß Fig. 2 besteht die Detektoranordnung 8 aus einer einzigen, linearen Reihe 14 aus einzelnen Detektorelementen 16, die sich von der Flugkörperachse A radial nach außen bis zum Bildfeldrand der Aufnahmeoptik 6 erstreckt, also in ihrer Länge und Elementen­ anzahl etwa einer Halbzeile eines das Bildfeld flächig abdecken­ den Detektormosaiks gleicher Bildauflösung entspricht. Da die De­ tektorreihe 14 bewegungsgleich zum Flugkörper 2 um die Flugkör­ perachse A (in Drehrichtung R) umläuft, entsteht eine rotative Bildbewegung des raumfesten Szenenbildes relativ zur Detektorrei­ he 14 mit einer polaren Bildabtastung derart, daß das Szenenbild von den einzelnen Detektorelementen 16 auf zueinander konzentri­ schen Kreisen abgetastet wird. Aus dem von den Detektorelementen 16 erzeugten Bildsignalen lassen sich auf der Basis einer Polar­ koordinatendarstellung auf signalverarbeitungstechnisch sehr einfache Weise die zugeordneten Bildpunkte nach Maßgabe des Ra­ dialabstandes des jeweiligen Detektorelements 16 von der Flug­ körperachse A und der Drehlage des Flugkörpers 2 und damit der Detektorreihe 14 im Ablesezeitpunkt ermitteln. Auf diese Weise wird eine von der Flugkörperrotation unbeeinflußte - in Fig. 2 ausschnittweise dargestellte - Bildwiedergabe der interessieren­ den Sehszene, etwa in visueller Form auf einem Bildschirm oder durch Datenübermittlung an ein automatisches Bildüberwachungsge­ rät, erreicht.

Während bei Anordnung einer einzelnen Detektorreihe 14 das Bild­ feld der Aufnahmeoptik 6 bei jedem Umlauf des Flugkörpers 2 je einmal abgetastet wird, ist es ohne weiteres auch möglich, die Bildabtastrate gegenüber der Rotationsfrequenz zu vervielfachen, etwa gemäß Fig. 3 dadurch zu verdreifachen, daß anstelle einer einzigen drei radial zur Flugkörperachse A mit gleichförmigem Winkelabstand verlaufende Detektorreihen 14 A, B und C vorgesehen sind. Wahlweise oder gemäß Fig. 4 zusätzlich kann die Bildabta­ stung auch in unterschiedlichen Frequenzbereichen erfolgen, wobei für jeden Frequenzbereich eine oder - bei einer gegenüber der Ro­ tationsfrequenz erhöhten Bildabtastrate gemäß Fig. 4 - mehrere Detektorreihen 14, nämlich die Detektorreihen 14.1 A . . . C für einen ersten und die Detektorreihen 14.2 A . . . C für einen zwei­ ten Frequenzbereich vorgesehen sind.

Gemäß der in Fig. 5 gezeigten Modifikation ist die Aufnahmeoptik 6 an einem flugkörperfesten Träger 18 um eine auf der Flugkör­ perachse A liegende Schwenkachse 20 winkelbeweglich einstellbar angeordnet, während die Detektorreihe(n) weiterhin starr mit dem Flugkörper verbunden, aber konzentrisch zur Schwenkachse 20 kreisbogenförmig ausgebildet und in Schwenkrichtung S der Aufnah­ meoptik 6 soweit verlängert sind, daß sie in jeder Einstellage der Aufnahmeoptik 6 bis zum äußeren Bildfeldrand reichen. Durch eine Schwenklagenverstellung der Aufnahmeoptik 6 kann die abge­ tastete Sehszene verändert oder ein einmal anvisiertes Zielgebiet weiter im Sehfeld der Aufnahmeoptik 6 gehalten werden, selbst wenn sich die Flugrichtung und/oder die räumliche Ausrichtung der Flugkörperachse A während des Fluges verändert.

Das erfindungsgemäße Bildaufnahmesystem ist nicht unbedingt an rotierende Flugkörper gebunden, sondern gleichermaßen auch für andere, kontinuierlich um eine Hauptachse rotierende Trägersyste­ me, z. B. Torpedos, verwendbar.

Claims (8)

1. Bildaufnahmesystem für einen um eine Hauptachse rotierenden Flugkörper, mit einer Aufnahmeoptik und einer in der Bildebene der Auf­ nahmeoptik befindlichen Detektoranordnung zur Erzeugung von elektrischen, unter Berücksichtigung der jeweiligen Drehlage des Flugkörpers verarbeiteten Bildsignalen, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoranordnung (8) und die Aufnahmeoptik (6) mit ih­ rer optischen Achse bewegungsgleich zum Flugkörper (2) um die Flugkörper-Hauptachse (A) rotierend angeordnet sind und die Detektoranordnung aus einer oder mehreren, sich zur Flugkörperachse hin erstreckenden Detektorreihen (14) besteht.

2. Bildaufnahmesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur frequenzselektiven Bildabtastung mehrere, jeweils auf unterschiedliche Frequenzbereiche ansprechende, bezüglich der Flugkörperachse (A) winkelig versetzt zueinander ange­ ordnete Detektorreihen (14.1 und 14.2) vorgesehen sind (Fig. 4).

3. Bildaufnahmesystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer gegenüber der Rotationsfrequenz erhöhten Bildabtastrate mehrere, auf den gleichen Frequenzbereich an­ sprechende, bezüglich der Flugkörper-Achse (A) winkelig ver­ setzt zueinander angeordnete Detektorreihen (14A, 14B, 14C) vorgesehen sind (Fig. 3).

4. Bildaufnahmesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeoptik (6) bezüglich der Flugkörperachse (A) schwenkbeweglich einstellbar ist (Fig. 5).

5. Bildaufnahmesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorreihen (14) starr am Flugkörper (2) befestigt sind.

6. Bildaufnahmesystem nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorreihen (14) jeweils kreisbogenförmig mit dem Krümmungsmittelpunkt im Schwenkzentrum (20) der Aufnahmeop­ tik (6) ausgebildet sind (Fig. 5).

7. Bildaufnahmesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Detektorreihen (14) Infrarotdetektoren vorgesehen sind.

8. Bildaufnahmesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeoptik (6) eine kontinuierlich veränderliche Brennweite aufweist.