JPS5892876A - 周期的な走査方法によつて得られる時間依存の走査信号のs/n比を向上させる方法 - Google Patents

周期的な走査方法によつて得られる時間依存の走査信号のs/n比を向上させる方法

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JPS5892876A
JPS5892876A JP57117871A JP11787182A JPS5892876A JP S5892876 A JPS5892876 A JP S5892876A JP 57117871 A JP57117871 A JP 57117871A JP 11787182 A JP11787182 A JP 11787182A JP S5892876 A JPS5892876 A JP S5892876A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 不発、明は周期的な走査方法によって得らnる時間(イ
<右の走査信号におけるS / N比を向上させるため
の方法に係り、境界を有するとともに中心が定められた
フィールドを走査装置によつ−C純状に走査し、瞬間的
走査位置からフィールド中心までの距離に対応しかつ距
離の瞬間値rおよび?+4尺値Rを含む時間依存の追加
信号を発生し、rib (K所定の角度だけずらしなか
ら線走査を行ない、との線走査の隣接する腺がフィール
ド境界においては互いに接し、フィールド内部、におい
ては部分的に重畳しまたフィールド中心においては全面
的に重畳するような前記線走査によって得られる時間依
存の走査j5 ”’iにおりるS/N比を向上させるた
めの方法に関する。
本発明の課題ならびに解決法をより良く理解するために
は、前記走査方法を例に基すいて説明する必要がある。
しかしこれは本発明の」1位でこの映像面は赤外線に感
じる検出器により走査される。この検出器は、所定の面
積を有し、映像フィールドの直径に沿って移動すること
により映像面において円形の映像フィールドを走査し、
この際時間的に連続する軌道は、映像フィールドの周辺
において丁度全ての映像点の隙間のない検出が行われる
ように成る角度だけ異る。全ての軌道は、1.−像フイ
、−ルドの中心を通り、軌道の重畳が生じる。その結果
として、映像フィールド全体の走査を行って゛いるうち
に、映像フィールド内の各位置は映像中心までの距離に
応じて複数l走査されることになり、しかもその走査回
数は中心までの距離の逆数にほぼ比例する。。この特性
は特定の用途、例えば目標追跡装置においては極めて有
意義であり、この場合、映1゛り上の各位置が複数回走
査されている事実を情報理論に基づ−いて最適計測する
方法が存在す・ることを前提としている。なぜならば、
このような評価が行われなければ、検出器ノイズや増幅
器ノイズによって検出器信号は誤解釈され、また観察さ
れるフィールド内の光学的背景によつ−Cも検出器信号
は少なからぬ悪影響を受けるからである。すなわち従来
の方法では情報処理理論に基づく高度な評価技術を用い
なければ、充分にS/′N比分高めることができなかっ
た。
フィールドの純粋な撮像に対してフィールドの走査に相
応する信号を解釈してさらに使用することに関し改良を
行い、そして例えば信号を閾イ16検出器によってより
良く評価することを保障するために、映像位置の前記の
何回もの走査を有利に行う方法を提供することが本発明
の課題である。
この課題は本発明によれば次のようにして解決される。
すなわち、走査悟ぢに基づいて一定の序列で発生された
N個の主信号Fl+のうち1番目の主信号A、  は走
査信号そのものとし、2ないしN番目の主信号列の順位
1番目の主信号Aiは唯一の時間遅延装置およびこの時
間遅延装置と接続された出力信号の帰還路によって循環
法によシ発生されること、追加信号を2つの関数発生器
にそれぞれ印加し、1番目の主信号に対応して配設され
た一方の関数発生器から、関数[1−exp(−−) 
〕に比例する補助信号を発生させ、そして1番目の主信
号に対応して配設された他方の関数発生器から、関数[
5xp(−’)、]に比例する補助信号を発生させるこ
と、主信号のそれぞれに対応して配設された2個の乗算
装置によって前記補助信号と前記主信号とをそrしそれ
乗算して各中間信号を発生させること、および力6算装
置によって前記各中間信号を加算し出力信号を発生させ
ること、の各過程から成る方法によって解決さnる。
このようにして時間依存走査信号は相す分析処理され、
S/Nが著しく改良され、実質的に・わずかな費用で他
の近似分析が行われ、実用上十分に良好な結果が得られ
る。
次に図面に従い本発明にかかる方法およびその好ましい
実施例を詳細に説明する。
第1図は、赤外線観察装置の円形状映像面の一部を示す
。2は中心を、Uは映像面の周辺を示し、その円の半径
は値Rを有する。映像面にかある。ぐ検出器Sの中心P
および映像面中心2間の間隔は値rを有する。映像面に
は図示されていない光学手段から光線が放射され、放射
検出器Sはこの光線を受光してその光量に比例した走査
信号f(tJ ”発生する。そして放射検出器Sは中心
2からの距離rに対応した。追加信号r(t)を発生す
る。ここにこの′実施例゛では説明を簡単にするために
rLlJを距離rに等しく設定している。
放射検出器Sは、定速で直線状の軌道↓の映像を走査し
、中心Pは映像面の直径を例えばDのように移動しそし
て周辺から周辺へ即ち直径りの一端から他端へ映像面を
横断する。
それぞれの線走査が終った後、放射検出器Sはその軌道
の終りから軌道の始めに戻りそして軌道方向は、新しい
位置もしくは方向の軌道が前の位置もしくは方向の軌道
へ周辺Uにおいて丁度接するようにZを中心として所定
の角度たけ変化する。第1図において近似さ扛ているよ
射検出器の帰還の全過程ならびに軌道方向の回転の全過
程は、線走査の時間に対して非常に短く、かつそれ故重
要でない時間内に行われる。
このことから全映像面の走査は、線走査の時間(πR/
’a)倍の時間期間に相当する時間内に行われるように
なる。前記から、軌道における放射検出器の移転は、時
間経過について周期的なのこぎり波関数に相当し、とn
によυ線走査の周期およびフィールド走査の周期が規定
され得ることが分る。
映像走査の前記説明は、本発明の詳細な説明のためのみ
のものであり本発明分限定するものではない。観測フィ
ールドが前記例において同じ方法で走査されるたび顛等
しい方式が生れる。
例えば、放射検出器は静止しそして光線が可動鏡システ
ムにより偏″向され、あるいはフィールドがレーザもし
くはマイクロ波ビームにより同じ走査方式で照射されそ
して反射されたビーム・が静止した放射検出器により検
出される。しかし課題およびその解決法を理解するため
には、第1図に示す場合の説、明で十分である。
第1図における数案検出器Sの互に隣り同志重畳した軌
道において、中心2から距離rを有する映像点がフィー
ルド走査の半周期の間即ちじて1つから多数検出される
。距離Rを有する映像点は正確に一度検出さハる。伺故
なら映像円の周囲に在りそして放射検出器Sの軌道はそ
こで互に丁度接触するからである。こnは例えばq−1
−1で表わす軌道ばよってだけ検出さ扛る映像点Aに対
する場合である。中心1での距離が値且である映像点は
、例えば(q+2)および(q+3 )で表わす軌道の
映像点Bのように正確に2回検出さnる。例えば(q+
1)。
(q+2)および(q++3)で表わす軌道の映像点C
のように中心から値Tに相当する映像点は、正確に6回
検出される。一般的に、中心2から値−の距離に相当す
る映像点は、フィールド走査の半周期中、Nが整数だと
するとN回検出される。Nが整数でなければ、観測され
る映像点は映像フィールドにおける位置に応じて次の高
いか低い整数に応じて検出される。イa]故なら分数の
検出は物理的に観測されないからである。、最終的に、
中心2までの距離が放射検出器の走査ごとに検出される
映像点は、例えば中心Zそれ自身になる。フィールド走
査の半周期ごとの検出の最大数は、値Nmax −□2
tan−’(酉) あるいは近似的にN1nax−πR/dである。
9本発明の課題は、走査48号のS/N比を改善するだ
めに、適切な方法により過剰な走査、即ちフィールド走
査の半周期中映像フィールドにおけるある位置の多数回
の走査を利用することである。
この課題の解決につながる技術的思想は、相関方法にお
いて種々の線周期中に発生する走査信号を適当な係数を
乗算しそして適当な数の線周期数だけ遅延させた後、加
算することに在る。
所定の映像位置に対する放射検出器Sにおいて映像フィ
ールド走査の際発生される走査信号は時間に依存した信
号振@f(t)として表現され、かつN個のf(t)の
平均値を粂める際に線型的に加算さγとるのに対して、
相互に独立な雑音信号は平方和として加算されるので、
定常的な雑音の場合には平均化に際してS/N比はN倍
に改善される。それ故走査侶号f(t、は、仙r−Nで
表わす位置に対して、経過中に位置が検出されるそれぞ
れ線周期にわたる平均化により処理されて改善された出
力信号F(t)になる。これは、Tを線周期、1を整数
指数とすると次の式(1)のようになる。
F(t) ”’−・Σ):臂fat−(1−1,)・T
)、ここにN−一(11N1” 弐(11は−の整数値にのみ使用できる。しかしこれは
、−の中間値に対しても計算されねばならない。何故な
ら映像フィールドにおける走査された位置は連続になっ
ているからである。本発明は、次の確認を基にしている
。即ち第1図によシ整数Nについては(N+1) <r
<Nにより規定される間隔において映像フィールドの個
々の位置がN回、しかし残りの位置は(N+1)回1℃ フィールド走査の1半周期ごとに検出さtlそして前記
間隔において増大する値rについて検出さ扛る位置の数
N回と検出さ扛る位置の数(N+1)回との比は1から
0へ向う(rが増大すると位1べはより少く検出される
)ことである。
他方、Nは近似的に一−Nとなるので前もつて知ら7’
した整数値ではない。そのため、式(1)によりtl算
を行う場合加数の数はNでなく、より太きなしかし周知
の値Nrnax  に限定される。この場合信号処理に
はイロ]ら貢献しないが追加的なi1+ 4’<、を4
入するような加数が加算砦する。
この欠点を除くために、個々の加数に、望ましく彦い加
数2しゃ断するtみ係数を付加する。
、 R 整毅f+n −−Nを有するそれぞれの位置において1
″ に、所属の指数i=i〜Nを有する加数には重み1?与
え、一方所属の指数i = (N + 1 )〜NII
I)L X  を南する残シの加数には重み零を与える
。−RR 整数でない(+:’i−を有する位置の場合、−一(N
r                        
        r十x)に(:/1するとき(Nは整
数、Xは端数(O<X<1))、所属の指数1−1〜N
i有する加数には重みi?1X−f:t、て所載の指数
1=(N゛ +2)〜NmaX  を有する加数には重
み苓が与えらn、一方所属の指数1−(N−)−1)を
有する加数には、零および10間の重み、例えば重みX
が与えられる。
式の次の組合せ(2)により規定されるランプ関数S 
(w)について考える。
S(w)=OW<’0について S (w) = W  O<、 W <: iについて
   (2)s (w) = i  w > 1につい
てランプ関数を本発明の束み係数として使用するために
、独立変数Wとして例えばW=(−−1+1)を挿入す
る。式(1)から、重み係数の挿入および限界値として
m=”znax  を有する全ての可能な−の値に拡大
することにより、次の式1式% (3) この式は、可変係数を有する擬似−ローバスフィルタの
関係である。整数値−については式(3)および(1)
が等しくなることが容易に確認できる。
走査信号f(t)を式(3)にょ′る出力信号’(t)
となるように処理するために、第2図のブロック図の方
法2次に提案する。この方法は同一出願人にかかる特願
昭50.−126957号に開示されるもので、以下の
ような構成を有するものである。− 走査信号f(t)から、それぞれ所属の指数1=1〜N
を有する多数のNmax 個の主信号A1が形成さnる
。各主信号A1は、主信号(Ai−1)に対して線走査
の周期Tだけ遅延され、このとき、主信号A、  は当
然例外的に、遅延さnない。
これは、第2図でT2 ・・・T1・・・TN  で示
すmax 周知の遅延装置により行わγLる。そ扛ぞtの遅延装置
はTだけ遅延を行う。全ての遅延装置は直列に接続さ扛
、その内の最初のT2  は走査侶弓f(t)を供給さ
れる。そこで遅延装置の出方ごとに主信号が生じそして
主信号は、ステップ状に増大する遅延がそnぞれ周期T
ごとに見出さノする一連の序列を形成する。強制的なも
のではないが、最初の主信号A、  として走査信号自
身を使用すると合目的である。これにより遅延装ffT
t  を節約できる。したがってこれは第2図に示さな
い。並列に接続されそして走査信号f(t)を供給され
、それぞれが所望の遅延T、  2T、3T等を行う一
群のCNmaX−’)個の全ての遅延装置によシ等価の
方法で主信号が発生さfL得る。導線20は走査信号f
(t)を案内しそして、導線21は所属の指数i=(N
max−1)を有する主信号を案内する。
追加信号rは、時間に依存しそしてそれ故r(t)とし
て表わされる。第2図において、追加信号r(t)が、
導線22を通してG1・・・・Gi・・・・ON   
で表わす多数のN]naX  個の関数発生器にmax 導入される。それぞれの関数発生器には、ぞ才]5故1
=1および1” Nmax  間の所定の指!!1が所
属しそしてこの指数に対応して所属の指数介を有する関
数発生器において関数 (U−s(−−1−H)) が発生さする。11θ°R
は、1文       r Rがr(t)の最大値なので予め定めらnている。
独立変数Wのランプ関数5(WJは、前に定義した。
関数rから−と形成すること、独立変数(−一l+1)
およびランン°関数Sの発生ならびにラップ関数Sと依
存との乗算は、現在の演算技術において周知であるため
詳しく説明しない。関数発生器01〜GN  における
追加信号rの処理ax の結果として、所定の指数1を含む一多数の”max個
の補助信号B1 が関数発生器G1= GN   の出
ax 力filに生じる。ここにAI = f (t−(1−
1)・T)。
Bニー幡・S (−;−i+1 ) )  である。導
線23は所属の指数1−(N]1naX−1)を有する
補助信号を案内する2、同じ所属の指数iを有するそ扛
ぞれ補助信号および主信号がそれぞれ周知の乗算装置h
′において互に乗算され、しかして同じ指数1が所属す
るそれぞれ中間信号 C1−π・fat−(i−1)・T)・(S(、−x+
1)) が発生される1つ相応する多くの”max  
個の乗算装置?’1に+:第2図でMl @ II m
 m M 1m @ @ @ M%、、 T 表わす。
所属の指数1−(Nlnax−1)を有する中間信号を
案内する導線ば、第2図にお゛いて24で表わす。
全中間16号は、そt自体周知のアナログ−加算装置に
おいて加算され、しかして式(3)による出力信号F(
t)が形成される。釘1,2図で加p装置はΣで表わし
、出力信号はF(t)は導線25を通して案内される。
このような、第2図に示す方法では、理想的な近似値が
得られるが、反面それ相応の費用が必要となる。そこで
、所要費用を低減しながら実用上十分である良好な結果
が得られる方法を以下に開示する。すなわち、時間遅延
装置の出力信号をそ、の入力にフィードバックすること
により、相互にステップ状に増加する遅延時間を有する
一連の信号が発生するという確認を基にして、僅かな費
用であシながら、式(3)の近似のみを達成する非常に
有利な循環法を利用する方法を提案する。
これは、前記および第3図に示す方法において、指数i
=2〜Nmax  が属する全ての部材を指数Kを有す
る唯一の循環部材と置換するのと等価であり、関数発生
器GK  ならひに01  で発生される関係は、この
循環法に適合する。この祈念を利用することにより、第
2図から次に述べる第5図が生れる。関数発生器G1 
 および乗算装置M1  ならびに加算装置Σは第2図
から受継がれ、一方今ての関数発生器02〜GNmax
にかえて唯一の関数発生器GK が、また全ての乗算装
置M2〜MN   にかえて唯一の乗算装置MKax が用いられている。さらに全ての時間遅延装置T2〜T
N  にかえて唯一の時間遅延装置TkがaX 用いられ、この時間遅延装置には走査信号f(t)では
なく出力信号’(t)が入力される。しかして循環法が
成立する。走査信号f(t)はそれ故導線30を通して
乗算装置1.’M+  にのみ案内され、一方導線31
〜35は導線21〜25と同じ機能を44シ、さらに導
線36は出力信号F(t)を時間遅延装置TK−\帰還
する。
関数発生器G1およびGKにおいて発生されるr(t)
に依存する関数をそれぞfLflおよび2Kにて表わす
と、第6図の方法は次の式(4)によシ次の数式で表わ
さnる。
F(tJ  −≦−Key(t−T)+ ≦−,−F(
t)            (4)式(4)は周波数
零において−T/In (S’ K )  の擬似一時
定数およびf+/(1−9K)の減衰を有する1次の擬
似−ローバスフィルタの特性を表わす。瞬間的な走査信
号を走査信号の−の先の値との相関により処理すること
が望まれるので、T++ =の時間が検出され、この時
間および擬似一時定数の等化によシ値2に一θxp(−
π)が得られそして値r1 = (1−exp(−昔)
)が最大感度に対する条件として得られる(走査信号に
おける庵波数零において減衰=1)。したがって、式(
4)は次の式(5)として省き変えられ得る。
F(t) = exp(−i) −F(t−T)+ (
1−exp(−i)) ・f(t)   (51この式
(5)による循環法において、出力信号は、循環ループ
(36,TK、  51 、 MK、’34. Σ。
第6図)を通してのそれぞれの通過の際に更新されて周
期Tだけ遅延され、係数exp(−π)だ−け減衰さ扛
る。前の線走査の間開的な出力信号への貢献は、それ故
遅延時間の増加△tと共に素早く即ちexp(−π・下
)で減少ずゐ。つまり循環法が収斂する。
この循環法においてはそれ故一方では走査信号f(t)
と一致する所属の指数i = 1 f(有する主(m号
が発生され、他方では所属の指数i〉2を有する全ての
主信号を集めそして包含する所属の指数Kを有する主信
号が発生される。所属の指数iを有する主信号に相当す
る時間遅延は、それ自体周知の時間遅延装&TK によ
り行われる。追加信号r(t)がら、それぞれ関数発生
器G。
もしくはOK  においてそれぞれ補助信号が発生され
、ここでこれらの補助信号のそれぞれは関数g1−(1
−exp(−K))もしく゛は?に= (exp(−i
))  に比例する。現在の演算技術ではこのような値
の代数組合せおよびこのような独立変数の指数関数値を
形成することは周知であシ、詳述する必要はないであろ
う。
同じ所属の指数1−1もしくはKを有するぞノ1ぞn補
助信号および主信号は、それぞれそれ自体周知の乗曽装
置M、もしくはMKにおいて互に來葺さ扛、しかして同
じ指数1−1もしくはKが所属するぞnぞnの中間信号
が発生される。
この中間侶月は、それ自体周知の加算装置Σにおいて積
算され、しかして式(5)による出力信号F(t)が形
成される。
第2図における直接法および第5図における循環方法に
よる走査信号f(t)の出力信号〜、への処理を比較す
ると、循環法は本質的に低費用になることが直ちに分る
はずである。この利点は、価格のために信号処理が劣化
する犠牲を払っている。直接法においてはそnぞi[の
線走査について専ら−の線走査が考慮され、しかも−定
の重みで考慮され、これに対し循環法においては基本的
に全ての先の線走査が考慮さム、シかも減少する重みで
考慮される。直接法では、重みは関数r(t)、即ち走
査された位置からフィールドの中心迄の距離に依存しな
い(式(3)において因子πは平均値形成に役立ち、市
み付けには役立たない〕。これに対し循環法においては
、重みは関数r(t)に依存する。循環法による走査信
号の処゛理によってのS / N比の向上に、本質的に
費用を多く要する直接法による処理のようには良好でな
い結果をもたらす。
本発明による方法は、アナログ−関数装置を使用してア
ナログ−信号の処理に特に使用される1しかしながら単
独あるいは全信号をディジタル形式で処理するととなら
びに単独あるいは全装置をディジタルあるいは混合した
関数方法で挿入することを除外するものでなく本発明に
含まtしるものである。
以上の本発明の詳細な説明中、簡単のために¥数の主信
号に対する符号”max  の代りに符号Nを使用した
【図面の簡単な説明】
シ、1図は本発明を説明するための映像面における走査
方法の図、第2図は直接法の実施例を説明するためブロ
ック図および第3図は本発明にかかる循環法の実施例を
説明するブロック図。 なお、し」中の主な参照符号の対応は次の通シである。 Z:iI!A!−像面中心    U:映像面周辺R0
吠fT面半径    r:瞬間値 S:放射検出器    P:検出器中心f(t) ’走
査信号    r(t)  ’追加イ菖号F(t) ’
出力信号    Cエ 、中間伯刊Tエ =時間遅延装
置  di:関数発生器Mエ :乗算装置    Σ:
加算器 代理人  江 崎 元 史口薊 −1・しパ′で− れ−jをじ7゛ ・)・、。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 周期的に′走査方法によって得られる時間依存の疋査仏
    号におけるS/N比を向上させるだめの方法であって、
    境界を有するとともに中心が定めら!上だフィールドを
    走査装置によって線状に走査し、瞬間的走査位置からフ
    ィールド中心までの距離に対応しかつ距彫の瞬間値rお
    よび最入仙R2含む時間依存の追加信号を発生し、順次
    所定の角度だけずらしなから線走査を行ない、この線走
    査の隣接する線がフィールド境界では住い(で接しフィ
    ールド内部では部分的に重畳しまたフィールド中心では
    全面的に重畳するような前記線走査によって得うれる時
    間依右の走査似シにおけるS/N比を向上さぜるための
    +’+fl ’m己方法において、 生されるN個の主信号列(AIIA2・・・A1・・・
    AN )  のうち1番目の主信号(A1)は走査悟り
    そのものとし、2ないしN番目の主信号列(A2・・・
    A1・・・AN )の順位1i目の主(m号(7Il)
    は、唯一の時間遅延装[(TK)およびこの時間遅延装
    置(TK )  と接続された出力伯1(F(t))の
    帰還路によって循環法により発生さ扛ること、 前記追加信号(r (t) )を2つの関数発生器CG
    l、GK)にそれぞt印加し、前記1番目の主信号に対
    応して配設された一方の前記関数発生器(Gl)から、
    関数 〔1−exp (−−) ] に比例する補助信号(21)を発生させ、そして前記1
    番目の主信号に対応して配設さrした他方の前記関数発
    生器(GK)から、関数 Cexp (−−) ] nl! AI’::主信号のそjぞtに対応して配設さ
    れた2個の乗(?装置(MllMK)によって前記補助
    15さくり、、yH)と前記主信号とをそれそ汎乗算し
    ゛C名中間伯号(C1,CK)を発生させること、およ
    び、 加3′ン装置(Σ)によって前記中間信号(C,、CK
    )を力0)?シ出カイへ号(F、t) )を発生させる
    こと、の各過程から成ることを特徴とする前記方法。
JP57117871A 1974-10-25 1982-07-08 周期的な走査方法によつて得られる時間依存の走査信号のs/n比を向上させる方法 Expired JPS5845671B2 (ja)

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CH1431574A CH583910A5 (ja) 1974-10-25 1974-10-25
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JPS5845671B2 JPS5845671B2 (ja) 1983-10-12

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CH (1) CH583910A5 (ja)
DK (1) DK480475A (ja)
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IT (1) IT1045492B (ja)
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IE42133L (en) 1976-04-25
CA1065467A (en) 1979-10-30
ATA747075A (de) 1978-04-15
NL168949C (nl) 1982-05-17
NL7511328A (nl) 1976-04-27
DE2545169B2 (de) 1976-08-19
CH583910A5 (ja) 1977-01-14
FR2307415A1 (fr) 1976-11-05
BE833878A (fr) 1976-01-16
DE2545169A1 (de) 1976-05-13
SE7511053L (sv) 1976-04-26
LU73449A1 (ja) 1976-04-13
NL168949B (nl) 1981-12-16
FR2307415B1 (ja) 1980-01-25
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JPS5165968A (ja) 1976-06-08
DK480475A (da) 1976-04-26
AT346917B (de) 1978-12-11
SE400011B (sv) 1978-03-06
IT1045492B (it) 1980-05-10
US3997774A (en) 1976-12-14
GB1528991A (en) 1978-10-18
JPS5845671B2 (ja) 1983-10-12
IE42133B1 (en) 1980-06-04

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