DE977904C

DE977904C - Method and arrangement for scanning and reproduction in wireless image transmission through water

Info

Publication number: DE977904C
Application number: DER29134A
Authority: DE
Inventors: Kurt Dr Ristau; Manfred Dr Seiffert
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1959-10-30
Filing date: 1959-10-30
Publication date: 1972-09-07

Description

Bekannt sind elektrische Bildübertragungssysteme, sowohl für langsame als auch für schnelle Bildfolge, wobei bei letzteren ein Bewegungseffekt erzielt wird. Derartige Bilder können sowohl über Draht als auch drahtlos mit Hilfe hochfrequenter, elektromagnetischer Wellen übertragen werden. Der diesbezügliche Stand der Technik wird realisiert bei der Bildübertragung im Zeitungswesen und beim Fernsehen.Electrical image transmission systems are known, both for slow and fast Sequence of images, a movement effect being achieved in the latter. Such images can be used both via Wire as well as wireless can be transmitted with the help of high frequency, electromagnetic waves. Of the related state of the art is realized in the image transmission in the newspaper industry and watching television.

Weiterhin sind drahtlose Signal verfahren im Medium Wasser bekannt, insbesondere das Stromlinientelegraphieverfahren, bei welchem die Signale dem Wasser mit Hilfe von Elektroden in Form von elektrischen Strömen zugeführt werden.Furthermore, wireless signal processes are in place The medium of water is known, in particular the streamline telegraphy process, in which the signals are fed to the water with the help of electrodes in the form of electrical currents.

Naheliegend wäre es daher für den Fachmann, die Videosignale eines bekannten elektrischen Bildaufnahmegerätes mit Hilfe eines bekannten Unterwassersignalmittels durch das Wasser zu übertragen, insbesondere, da sich dadurch ein bedeutender technischer Fortschritt bezüglich der schnellen In- ao formationsübermittlung an Unterseeboote erzielen ließe. Die Durchführung dieses Vorhabens scheitert aber an der zu geringen Bandbreite, die mit den bekannten Unterwassersignalmitteln übertragen werden kann. Bei Ultraschallverfahren ist die Bandbreite durch die Eigenresonanz der verwendeten elektroakustischen Wandler begrenzt. Auch sind Ultraschallverfahren schon deshalb nur bedingt anwendbar, weil es wegen der Richtwirkungseffekte der elektroakustischen Wandler kaum gelingt, ein radialsymmetrisches Feld zu erzeugen. Weiterhin sind die Ausbreitungsbedingungen des Ultraschalls im Wasser auch infolge von Strömungen und Temperaturschichten zu wenig konstant, so daß nur in bestimmten Fällen mit einer einwandfreien Bild-Übertragung der Videosignale gerechnet werdenIt would therefore be obvious for the person skilled in the art to use the video signals of a known electrical image recording device to transmit through the water with the help of a known underwater signaling device, in particular, since this results in a significant technical advance in terms of the fast In ao transmission of information to submarines. The implementation of this project fails but because of the insufficient bandwidth that is transmitted with the known underwater signaling means can. In the case of ultrasonic methods, the bandwidth is due to the natural resonance used electroacoustic transducer limited. Ultrasound methods can therefore only be used to a limited extent, because due to the directional effects of the electroacoustic transducers, it is hardly possible to enter a generate a radially symmetrical field. Furthermore, the propagation conditions of the ultrasound are too little constant in the water, also due to currents and temperature layers, so that only in In certain cases, perfect image transmission of the video signals can be expected

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könnte. Demgegenüber bieten Unterwasserstromliniensignale den Vorteil einer annähernd radialsymmetrischen Ausbreitung und einer hohen Konstanz der Empfangsfeldstärke. Jedoch ist auch hier wie beim Ultraschallverfahren die Bandbreite begrenzt. Die höchste übertragbare Frequenz ist abhängig vom Salzgehalt des Wassers und von der geforderten Eindringtiefe der Stromliniensignale in das Wasser. So ist z. B. in der Nordsee bei einer ίο Videosignalbandbreite von 5 kHz mit einer Eindringtiefe von 30 m zu rechnen.could. In contrast, underwater streamline signals offer the advantage of an approximately radially symmetrical propagation and a high degree of constancy the reception field strength. However, here too, as with the ultrasonic method, the bandwidth is limited. The highest transmittable frequency depends on the salinity of the water and on the Required depth of penetration of the streamline signals into the water. So is z. B. in the North Sea at a ίο Video signal bandwidth of 5 kHz with a penetration depth from 30 m to be expected.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestehtThe object of the present invention is

darin, die Bandbreite noch weiter einzuengen, so daß Eindringtiefen von über 100 m erzielt werden können, ohne daß die Bildfolgefrequenz noch weiter herabgesetzt wird.in narrowing the bandwidth even further, so that penetration depths of over 100 m can be achieved can without the frame rate is further reduced.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß eine vertikale Zeile das Bildfeld in horizontaler Richtung periodisch abtastet, so daß der mittlere Helligkeitsinhalt der senkrechten Zeilen zu einem Empfangsgerät übertragen wird, welches die mittleren Helligkeitswerte in vertikale Lagewerte auf dem Empfänger umsetzt.According to the invention this is achieved in that a vertical line the image field in a horizontal Direction scanned periodically, so that the mean brightness content of the vertical lines to a Receiving device is transmitted, which the mean brightness values in vertical position values on implemented by the recipient.

Wie Versuche gezeigt haben, läßt sich auch mit einem derartig einfach aufgenommenen Videosignal ein scharfes, wenn auch schemenhaftes Bild der Wasseroberfläche empfangsseitig reproduzieren. Die schematische Anordnung eines derartigen vereinfachten Bildaufnahmegerätes zeigt die Abb. 1. Das eigentliche Bildaufnahmegerät, welches in der Draufsicht dargestellt ist, ist für eine Horizontalabtastung von 360⁰ geeignet. Bekannte Linsen- und Spiegelanordnungen, welche zur Erhöhung der Lichtstärke und der Bildschärfe dienen, sind nicht wiedergegeben worden. Konzentrisch um den elektrooptischen Wandler α (ζ. Β. Fototransistor) rotiert ein senkrecht stehender Zylinder b, der mit einem schmalen, senkrechten Schlitz c versehen ist. Bei jeder ganzen Umdrehung dieses Zylinders wird ein Bild abgetastet, so daß sich also aus der Umdrehungszahl dieses Zylinders die Bildfolgefrequenz ergibt. Die mittlere Helligkeit des durch den schmalen, senkrechten Schlitz c auf den elektrooptischen Wandler a einfallenden Lichtes wird von diesem in eine entsprechende elektrische Energie umgewandelt und nach entsprechender Verstärkung mit Hilfe des Verstärkers f den Elektroden g und h zugeführt. Ein Zahlenbeispiel möge erläutern, mit welchen höchsten zu übertragenden Frequenzen gerechnet werden muß. Wir wollen annehmen, der vertikale Spalt c habe eine Breite, die es gestattet, 15 Winkelminuten aufzulösen. Die Gesamtzahl der vertikalen Zeilen beträgt dann bei einer 36o°-Abtastung 360 · 4 = 1440 Zeilen. Bei einer Bildfolgefrequenz von Ve Hertz ergibt sich dann 240 Hertz als höchste zu übertragende Frequenz. Demgemäß ist damit zu rechnen, daß ein Unterseeboot in der Nordsee die Signale bis zu einer Tauchtiefe von über 100 m empfangen kann.As tests have shown, a sharp, albeit shadowy, image of the water surface can be reproduced on the receiving side with such a simply recorded video signal. The schematic arrangement of such a simplified image pickup apparatus is shown in Fig. 1. The actual image pickup apparatus, which is shown in the plan view, is suitable for a horizontal scan of 360 ^0th Known lens and mirror arrangements, which are used to increase the light intensity and the sharpness of the image, have not been shown. A vertical cylinder b, which is provided with a narrow, vertical slot c , rotates concentrically around the electro-optical converter α (ζ. Β. Phototransistor). With every complete revolution of this cylinder, an image is scanned, so that the image repetition frequency results from the number of revolutions of this cylinder. The average brightness of the light incident on the electro-optical converter a through the narrow, vertical slit c is converted by the latter into a corresponding electrical energy and, after appropriate amplification with the aid of the amplifier f, is fed to the electrodes g and h. A numerical example should explain the highest frequencies to be transmitted. Let us assume that the vertical gap c has a width that allows it to resolve 15 angular minutes. The total number of vertical lines is then 360 * 4 = 1440 lines for a 360 ° scan. With a frame rate of Ve Hertz, 240 Hertz then results as the highest frequency to be transmitted. Accordingly, it is to be expected that a submarine in the North Sea can receive the signals up to a diving depth of over 100 m.

Die Abb. 2 a zeigt ein Original des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zu übertragenden Bildes. Es handelt sich hier um einen Bildausschnitt. Die Abb. 2 b zeigt die Wiedergabe dieses Bildausschnittes mit Hilfe eines normalen Empfängers (senkrechte Zeilenauflösung). Hier werden, wie die Abb. 2 b zeigt, die mittleren Helligkeitswerte der vertikalen Zeilen reproduziert, wobei die Objekte auf dem Bild nicht mehr erkennbar sind. Die Abb. 2 c hingegen zeigt ein Bild, bei welchem die mittleren Helligkeitswerte in Höhenwerte umgesetzt worden sind. Hier ergibt sich ein schemenhaftes und verfälschtes, aber scharfes Bild des Objektes. Ein derartiges Bild kann auf einfachste Weise mit Hilfe eines gewöhnlichen Kathodenstrahloszillographen sichtbar gemacht werden. Der übliche Sägezahngenerator für die Zeitablenkung wird mit der Bildfolgefrequenz synchronisiert, und das Videosignal wird nach entsprechender Verstärkung dem Plattenpaar für die senkrechte Punktablenkung zugeführt. Man erhält nun ein zur Zeitachse symmetrisches Doppelbild, wie es die Abb. 2 d zeigt. Durch einfaches Verschieben der Nullinie oder durch Gleichrichtung des Signals läßt sich daraus ein Bild, wie Abb. 2 c zeigt, herstellen.Fig. 2a shows an original of the to be transmitted according to the method according to the invention Image. This is a section of the image. Fig. 2 b shows the reproduction of this Image detail with the help of a normal receiver (vertical line resolution). Here, as Fig. 2 b shows, the mean brightness values of the vertical lines are reproduced, with the Objects are no longer recognizable in the picture. The Fig. 2 c, however, shows a picture in which the mean brightness values have been converted into height values. Here is a shadowy one and distorted but sharp image of the object. Such a picture can be very simple Way can be visualized with the help of an ordinary cathode ray oscillograph. Of the usual sawtooth generator for the time deflection is synchronized with the frame rate, and the video signal, after appropriate amplification, becomes the pair of plates for the vertical point deflection fed. A double image symmetrical to the time axis is now obtained, as shown in Fig. 2 d shows. By simply shifting the zero line or by rectifying the signal, you can use it to produce a picture as shown in Fig. 2c.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn der bei der Aufnahme verwendete 'fotoelektrische Wandler für langwelliges, infrarotes Licht etwa von der Wellenlänge 20 u besonders empfindlich ist.It is particularly advantageous if the photoelectric converter used for the recording is particularly sensitive to long-wave, infrared light of approximately a wavelength of 20 u.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Process for scanning and reproducing objects located on the surface of the water for generating extremely low-frequency video signals, characterized in that a vertical line the image field in the horizontal direction periodically scans that the mean brightness content of the vertical lines to one Receiving device is transmitted, which the mean brightness values in vertical position values on the receiver.

2. The method according to claim 1, characterized in that that on the receiving side the zero line is shifted or the signal is rectified.

3. Arrangement for carrying out the method according to claim 2, characterized in that concentrically around an electro-optical transducer («) a vertical cylinder (b) rotates which is provided with a narrow, vertical slot. n ₀

4. Arrangement according to claim 3, characterized in that the image recording device is cardanic is suspended so that tilting movements are avoided.

5. Arrangement according to claim 3 or 4, characterized in that the in the recording device The electro-optical converter used is sensitive to long-wave infrared light.

1 sheet of drawings