NO174127B - Signalprosessor - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår signalprosessor til bruk sammen med et billedoppfattende sensorsystem av den art som angitt i innledningen til krav 1.

Vanlige foroverseende infrarøde sensorsystemer (FLIR) og lignende, anvendes som nattsynsystemer på fly, panservogner, skip og andre militære kjøretøyer. Det vanlige FLIR system for eksempel, omfatter et sensorsystem, en signalprosessor og en videogjengiver. Føleren omfatter et stort antall detektorer hvis utgangssignaler blir multiplekset og påtrykket signalprosessoren. Signalprosessoren vil elektronisk avmultiplekse, forbedre og omdanne sensorsignalene til videosignaler som er forenlige med videogjengiveren og påtrykker de forbedrede videosignaler for gjengivelse slik at de kan betraktes av føreren av kjøretøyet.

Selv om alle FLIR systemer innbefatter signalprosessorer, vil oppbygningen og evne til billedforbedring variere sterkt fra system til system. For eksempel har tidligere kjente systemer i typiske tilfeller innbygget kretser for utligning av følsomhet, kretser for automatisk forsterkningsstyring og kretser for videofortetning. Imidlertid har disse tidligere kjente systemer anvendt analoge kretser for å få til forsterkningskontroll og videofortetningsfunksjonene og har innbygget manuelt betjente potensiometere for å få til utiigningsfunksjonen for følsomhet. Bruken av manuelt-kalibrerte analoge systemer i tidligere kjente FLIR signalprosessorer og lignende har resultert i at disse systemer har arbeidet mindre enn optimalt.

Selv om den hovedsakelig angår stirrende brennplan detektor-satser omhandler en publikasjon med tittelen "Referencefree nonuniformity compensation for IR imaging arays", SPIE, bind 252, Smart Sensors II, 1980, sidene 10-17 noen vanlige problemer ved infrarød signalbehandling og beskriver en referansefri kompenseringsmetode som fører til automatisk utligning av følsomhet. Kompenseringsmetoden som er beskrevet i denne publikasjon, utnytter scenestatistikker for å skape signaler som er egnet for å få til temperaturkompensasjon. Eksempler på signalbehandling er beskrevet i US-patentene nr. 4 298 887, nr. 4 214 271 og nr. 4 365 304.

For å overvinne begrensningene ved tidligere kjente signal-behandlingssystemer går foreliggende oppfinnelse ut på en signalprosessor som kan anvendes i et billedsensorsystem, f.eks. i et foroverseende infrarødt system (FLIR) eller lignende. FLIR systemet omfatter f.eks. en rekke sensorer eller detektorer som sveiper over en billedscene under den første del av en sveipesyklus (den aktive del, og sveiper over en innvendig temperaturkilde som referanse under den annen del av sveipesyklusen (den inaktive del eller til-bakeløpsdelen). Signalprosessoren i foreliggende oppfinnelse byr på forbedrede videoutgangssignaler til en videoskjerm eller monitor der signalene gjengir billedscenen.

Ovenfornevnte begrensninger overvinnes ved hjelp av en signalprosessor av den innledningsvis nevnte art hvis karakteristiske trekk fremgår av krav 1. Ytterligere trekk ved signalprosessoren fremgår av de øvrige uselvstendige kravene.

I bruk blir FLIR systemet som innbefatter signalprosessoren i henhold til oppfinnelsen først kalibrert. FLIR systemet kan omfatte 160 detektorelementer som eksempel, og deres utgang blir multiplekset før de påtrykkes signalprosessoren. Detektorene er i et typisk eksempel orientert vertikalt og avsøkt horisontalt over billedscenen. Under kalibreringsprosedyren blir detektorene avsøkt over en ensartet temperaturkilde med sort legeme. Hvert av detektorelementene har en forskjellig følsomhet (forsterknings) faktor, og hver har forskjellige likestrømnivåer for feil under hver sveipesyklus. Sensorene sveipes over den ensartede temperaturkilde under den aktive del av sveipesyklusen og deretter under tilbakeløpdelen av syklusen blir de sveipet over en innvendig referansetemperaturkilde. Kalibreringsprosedyren foregår over omtrent 30 til 40 sveipesykler.

Forsterknings korreksjons konstanter for alle detektor-kanaler beregnes automatisk under kalibreringsprosedyren. Forsterknings korrigerings konstantene er faste for hver detektor og forandres ikke under normal drift. De forsterknings korrigerende konstanter er lagret i en ikke-flyktig hukommelse i ingangsprosessoren og taes ut når systemet settes igang. Korrigeringsfaktorene for like-strømfeilene beregnes under hver sveipesyklus og påtrykkes de sensorsignaler som i øyeblikket er under behandling.

En mikroprosessor eller lignende anvendes for å beregne

og styre signalbehandlingen i ingangsprosessoren.

Signaler som er korrigert for forsterkning og likestrøm-nivå, blir deretter digitalisert og lagret i sveipeomformerens hukommelse. Sveipeomformeren innbefatter en interpoleringsseksjon som omformer digitale data tilknyttet hver sveipesyklus til et datafelt som passer til video monitoren. For eksempel kan sensorsystemet ha 160 videolinjer på grunn av det faktum at det har 160 detektorer som er rettet inn med hverandre vertikalt og disse linjer må omdannes til 480 videolinjer som behandles i video monitoren.

Utgangsprosessoren innbefatter en oppslagstavle som er lagret i den ikke-flyktige hukommelse. Oppslagstavlen omfatter en lagret overføringskurve som foretar billed-forbedringsfunksjonene. Oppslagstavlen dannes ved å benytte statistikker som fåes fra et histogram og en histogram utlignende algoritme som er innbygget i mikroprosessoren. Programvare i form av et styreprogram som er innbygget i mikroprosessoren, foretar de billedforbedrende funksjoner som forbedrer bildet på videomonitoren. Slike funksjoner som automatisk nivåregulering, automatisk forsterkningsregulering, video kompaktering, billedinversjon og gamma korreksjon kan utføres. Utgangsprosessoren innbefatter også blende korrigerings kretser som er innrettet til å forbedre den horisontale modula-sjonsoverføringsfunksjon (MTF) for systemet for derved å forbedre systemets frekvensfølsomhet.

De programvare-styrte digitale billedforbedrende trekk

i henhold til oppfinnelsen kan man få til ved å anvende forholdsvis små mengder standardiserte integrerte kretser. Systemet sørger for adaptiv kalibrering ved at forsterkningen i alle sensorkanaler jevnes ut under kalibreringsprosedyren og ved at kalibreringsfaktorene er lagret uendelig for anvendelse i systemet. Temperaturen på referansetemperaturkilden behøver ikke være kjent for at systemet skal arbeide tilfredsstillende. Likestrømnivåene for

alle detektorer i systemet tilbakestilles automatisk til den likestrøm referanse temperatur som er oppnådd fra referansetemperatur kilden. Man har ingen manuelle justeringer som skal gjøres under kalibrering eller under drift.

Billedforbedrings funksjonene fåes fra en oppslagstavle

i stedet for at de beregnes ved hjelp av analoge kretser som i vanlige signalprosessorer. Et bredt dynamisk område oppnås ved anvendelse av digitale billedbehandlende kretser og teknikker. Større frekvensfølsomhet for systemet oppnås ved hjelp av blendekorrigeringskretser. Fleksibilitet og utvidelse av systemet er mulig og kan foretas ved utskriftning av programmer i programvaren.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives under henvisning til trekk og fordeler som lettere vil forstås under henvisning til tegningene, der like henvisningstall viser til like detaljer og der: Fig. 1 viser et blokkdiagram for en signalprosessor i henhold til prinsippene ved foreliggende oppfinnelse,

fig. 2 viser et blokkdiagram for en utførelse av en

inngangsprosessor til anvendelse sammen med signalprosessoren på fig. 1,

fig. 3 viser et blokkdiagram for en utførelse av en utgangs-prosesser til anvendelse sammen med signalprosessoren på fig. 1,

fig. 4 viser et blokkdiagram for en utførelse av en blender-korrigeringskrets for anvendelse med utgangsprosessoren på fig. 3,

fig. 5 viser et funksjonelt blokkdiagram for signalprosessoren på fig. 1 og

fig. 6 viser en kurve for et typisk histogram overlagret med en representativ overføringskurve som er frembragt med utgangsprosessoren i henhold til oppfinnelsen.

På fig. 1 er det gjengitt et blokkdiagram for en signalprosessor 20 i henhold til prinsippene for foreliggende oppfinnelse. Signalprosessoren 20 er innrettet til å

motta analoge inngangssignaler som fåes fra en videosignal-kilde og til å påtrykke de behandlede signaler på en videomonitor. Signalprosessoren vil bli beskrevet under henvisning til dens bruk sammen med et foroverseende infra-rødt system (FLIR). Det skal imidlertid påpekes at andre billeddannende sensorer, for eksempel syntetiske radar-systemer eller standard videosensorer, også kan utnytte signalprosessoren 20 og oppfinnelsens omfang er ikke begren-set til FLIR systemer.

Signalprosessoren 20 omfatter en inngangsprosessor 21 med innganger som er beregnet på å motta analoge inngangssignaler som fåes fra FLIR sensoren. Inngangsprosessoren 21 foretar en automatisk følsomhetsutjevning og likestrøms-tilbakeføringsfunksjoner og omformer analoge signaler til digitale signaler som passer til en digital sveipeomformer

22 som er koblet til dens utgang.

Den digitale sveipeomformer 22 er beregnet til demulti-pleksering av de påtrykte signaler og til å omforme disse til signaler som passer for video monitoren. Sveipeomformeren 22 omformer billeddata som fåes fra en vertikal de-tektorsats som sveiper horisontalt til data som passer til standard TV format, der en horisontal sats sveipes vertikalt. Sveipeomformeren 22 foretar dermed en rett-vinklet rotasjon av tidsstyringen for billeddata og sørger dermed for å gi billed scene data et nytt format.

Sveipeomformeren 22 har en utgang som er koblet til utgangsprosessoren 23. Utgangsprosessoren 23 skal behandle data i nytt format på en måte som muliggjør forbedring av det dataprogramstyrte bilde. I tillegg omformer utgangsprosessoren 23 de forbedrede signaler vedrørende bildets nye format, til analoge videoutgangssignaler som passer til video monitoren.

En tidsstyrekrets 24 anvendes for å regulere klokkestyringen av signalene gjennom signalprosessoren 20 og til å syn-kronisere gjennomløpet av data fra FLIR signalkilden til video monitoren. En databehandler, for eksempel en mikroprosessor 25 eller lignende, er koblet til kompo-nentene i signalprosessoren 20 for å styre dennes data-behandlingsfunksjoner. Mikroprosessoren 25 styrer behandlingen av analoge inngangsdata for å sørge for den forsterkningsutjevnende funksjon i inngangsprosessoren 21 og styrer beregningen av algoritmer som frembringer overføringsfunksjonen for histogrammet og oppslagstavlen i utgangsprosessoren 23. En mer detaljert forståelse av funksjonen som mikroprosessoren 25 har, vil man få under henvisning til de detaljerte figurer som er omhandlet i det følgende.

På fig.2 er det vist et detaljert blokkdiagram for en utførelsesform for inngangsprosessoren 21. Denne del av signalprosessoren 20 omfatter en summeringskrets 31 som som inngang får de analoge inngangssignaler fra FLIR signalkilden og analoge signaler som representerer korri-geringskonstantene for den automatiske følsomhetsutjev-ning (ARE) og korrigeringsfaktorene for tilbakeføringen av likestrømmen (DCR). Signalutgangen fra summeringskretsen 31 blir først behandlet i en A til D omformer 32 og deretter påtrykket sveipeomformeren 22.

Prinsippet for automatisk følsomhetsutjevning og like-strøm tilbakeføring er vel kjent når det gjelder signalbehandling. Eksempler på kretser for styring av automatisk følsomhet er US PS nr. 4.345.148 med tittelen "Automatic responsivity control for a CCD imager", som er overdratt til søkeren når det gjelder foreliggende oppfinnelse. Av denne grunn skal en detaljert beskrivelse av denne bakgrunn ikke tas med her.

De automatiske følsomhetsutjevnende (ARE) og likestrøm-tilbakeførende (DCR) faktorer frembringes av den følgende krets. En fastholdende spenningsreferanse frembringes av en DCR holdereferansekrets 33 som er koblet til utgangen for D til A omformeren 32. DCR holdereferansekretsen er koblet til en opp/ned teller 34, hvis utgang er innrettet til å inkrementere eller dekrementere likestrøm tilbake-føringsfaktorene. Mikroprosessoren 25 er koblet til en RAM hukommelse 35, en ikke-flyktig hukommelse 29 og regis-terkretser 36, 37 for henholdsvis automatisk følsomhets-utjevning og likestrøms tilbakeføring. Kretsen 37 for likestrømtilbakeføring er koblet gjennom en første D til A omformer 38 til summeringskretsen 31, men den automatiske følsomhetsutjevnende krets 36 er koblet gjennom en multi-pliserende D til A omformer 39 til summeringskretsen 31.

Sveipeomformeren 32 på fig. 1 er ikke vist i detalj på noen figur. Digitale sveipeomformere er velkjente på området og oppbygningen av denne komponent i signalprosessoren 20 vil ikke bli omhandlet i detalj her. Imidlertid er et representativt eksempel på en sveipeomformer som kunne passe for anvendelse sammen med foreliggende oppfinnelse beskrevet i US PS nr. 3.947.826,

med tittelen "Sean Converter", og overdratt til søkeren av foreliggende oppfinnelse.

Interpoleringsseksjonen i sveipeomformeren 22 omfatter

en algoritme som er kommet istand som maskinvare til omforming, for eksempel av FLIR sveipelin jef ormatef. (160 linjer pr. felt) til TV video sveipelinjeformat (240 linjer pr. felt). Denne spesielle måte å utøve foreliggende oppfinnelse på, innebærer nedtegning av fire IR sveipelinjer som seks TV sveipelinjer i et på forhånd bestemt kombina-sjonsmønster. De spesielle algoritmer nedtegner fire IR sveipelinjer (A, B, C og D) som seks TV sveipelinjer

(A, iA+^B, B, C, £C+£D, D) .

På fig. 3 er det vist et blokkdiagram for en utførelses-form for en utgangsprosessor 23 til anvendelse i signalprosessoren 20 på fig. 1. Utgangsprosessoren 23 omfatter en histogramfrembringende krets 41, innbefattende en vinduskrets 45, en portkrets 42, en histogramkrets 43 og en inkremental teller 44. Den histogramfrembringende krets 41 er innrettet til å behandle digitale utgangssignaler som fåes fra sveipeomformeren 22 og til å frembringe et histogram for antall opptredener av signaler ved hvert infrarøde detektorstyrkenivå i løpet av hver felttid. Mikroprosessoren 25 er koblet til den histogramfrembringende krets 41 for å få adgang til histogramdata.

Histogramutjevning er stort sett velkjent på signal-behandlingsområdet og vil derfor ikke bli omhandlet i detalj. En utførelse som er representativ for kjent histogramutjevningsteknikk er beskrevet i US PS nr.

3.979.555 med tittelen "Histogram equalization system for display improvement", og US PS nr. 3.983.320 med tittelen "Raster display histogram equalization", som begge er overdratt til søkeren av foreliggende oppfinnelse.

Mikroprosessoren 25 benytter histogramdata til å frem-

bringe en oppslagstavle 46 som er fysisk lagret i en RAM hukommelse. Histogramdata blir benyttet til å omforme

de digitaliserte uforbedrede signaler i nytt format, som mottas fra sveipeomformeren 2 2 til forbedrede billeddata under styring av mikroprosessoren 25. Oppslagstavlen 46 omfatter data som gjør det mulig for mikroprosessoren 25

å utføre de forskjellige billedforbedringsfunksjoner, innbefattende automatisk nivåkorrigering, automatisk forsterkningsstyring, polaritetsvending og gamma korreksjon.

Utgangsprosessoren 23 omfatter også en D til A omformer

47 som mottar inngangene fra oppslagstavlen 46. Utgangen fra D til A omformeren 47 omfatter videosignaler som passer til styrkenivåene for monitoren. Utgangen fra D til A omformeren kobles gjennom en blendekorrigeringskrets 49

til en utgangsforsterker 50 hvis utgang er koblet til videomonitoren.

Fig. 4 viser en utførelsesform for blendekorrigerings-

krets 49 til bruk i utgangsprosessoren 23. Blendekorrigeringskretsen 49 er innrettet til å understøtte frekvens-følsomheten for systemet og dermed forbedre modulasjons-overføringsfunksjonen (MTF) for systemet. Kretsen 49

har en tidsforsinkelseskrets 52 og en variabel motstands-krets 53 som mater signaler til en summeringskrets 54.

Denne krets arbeider som et kosinus filter. Arbeidet med

å sette sammen tidsforsinkede signaler med øyeblikkelige signaler som er behandlet, vil understøtte forsterkningen

over visse frekvenser og forbedre systemets frekvens-følsomhet.

Driften av signalprosessoren 20 ifølge oppfinnelsen vil

bli forklart underhenvisning til fig. 5, som viser ft funksjonelt blokkdiagram for signalprosessoren 20.

Systemet vil vil bli beskrevet under henvisning til dets bruk i FLIR sensor systemet. FLIR sensoren omfatter en rekke detektorer der antallet er 160 som grunnlag for denne beskrivelse. Utgangene fra de 160 kanaler blir multiplekset i FLIR sensoren før de påtrykkes på signalprosessoren 20.

De multipleksede FLIR inngangssignaler påtrykkes summeringskretsen 31. Utgangen fra summeringskretsen 31 behandles av den automatiske krets 36 for utjevning av følsomhet. Forsterkningsfaktorene blir lest fra den ikke-flyktige hukommelse 39 inn i RAM hukommelsen 35. De lagrede verdier blir så multiplisert med forsterkningsfaktorene og føyet til de analoge FLIR signaler i summeringskretsen 31. I tillegg bestemmes tilbakeføringsfaktorene for likestrømmen og føyes til FLIR signalene i summeringskretsen 31 .

Utgangen fra summeringskretsen 31 omfatter signaler som

er tilbakeførte likestrømssignaler og signalene er normalisert i forhold til hverandre. Disse signaler blir så omformet til digitale dataer i A til D omformeren 32 og lagres i sveipeomformeren 23. Sveipeomformeren virker på en måte som gir nye formater for og interpolerer de digitale data for å justere antallet av sveipelinjer til et tall som passer sammen med videomonitoren. Utgangen fra sveipeomformeren 22 blir så påtrykket utgangsprosessoren 23.

Utgangsprosessoren 23 gjør bruk av den histogram frembrin-gende krets 43 og mikroprosessoren 25 til frembringelse av oppslagstavlen 4 6 i RAM hukommelsen, omfattende en over-før ingsfunks jon som forbedrer det digitale videobilde som er under behandling. Oppslagstavlen inneholder multipli-serende faktorer som anvendes på de digitale videodata for å få til automatisk forsterkningskontroll, automatisk nivåkorrigering, polaritetsvending og gamma korreksjon. Signalene som kommer fra oppslagstavlen 46 inneholder forbedrede digitale videosignaler som omformes til analoge videosignaler i D til A omformeren 4 7 og påtrykkes blendekorrigeringskretsen 49. Blendekorrigeringskretsen 49

øker signalforsterkningen ved på forhånd bestemte frekvenser. Blendekorrigeringen kompenserer for forvrengning i modula-sjonsoverføringsfunksjonen, som skyldes mindre perfekt optikk, redusert oppløsningsevne i videomonitoren og ufull-kommen detektorsampling i FLIR sensoren.

I det følgende er det gjengitt en generell beskrivelse av

en signalprosessor som er bygget opp i henhold til prinsippene ved foreliggende oppfinnelse og som er anvendt som endel av et foroverseende infrarødt system (FLIR). Signalprosessoren vil ikke bli beskrevet under henvisning til noen bestemt figur. Signalprosessoren har åtte parallelle kanaler omfattende 20 multipleksede kanaler slik at man får til en nydannelse av bildets format og videobehandling ved å omdanne 160 parallelle infrarøde detektorutganger til standard 525 linjers TV video utgang (480 linjer av disse blir gjengitt).

De åtte parallelle multipleksede infrarøde videokanalinngan-ger har 20 detektorer pr. kanal. Inngangssignalene fra hver av de 20 kanaler blir likestrøms tilbakeført, korrigert for følsomhet og digitalisert til et 9 bit styrkenivå i åtte inngangsprosessorkretser. Den digitale infrarøde video blir bragt over i et nytt format ved hjelp av orto-gonal translasjon og lagret i hukommelsen for sveipe-omf ormeren. Bildet som lagres i TV koordinater, omfatter 320 linjer med 752 sampler pr. linje. Sveipeomformerens

hukommelse har 64K RAM IC og lagrer hvert felt av bildet

i 36 IC enheter.

Det lagrede bilde blir lest ut med fire IR linjer i parallell og interpolert slik at man får seks TV linjer på videomonitoren. Den interpolerte video samples i histogram-hukommelsen som lagrer frekvensen for opptredener av hvert av de 512 (9 bit) styrkenivåer. Histogrammet blir behandlet for å muliggjøre automatisk nivåregulering og forsterknings-translasjon for videoskjermen. Reguleringsfunksjonene for nivå-og forsterkning foregår i RAM oppslagstavlen som om-danner hvert IR styrkenivå til et styrkenivå for videomonitoren. Billed gamma og billed inversjon har korrek-sjonsfaktorer som også lagres i oppslagstavlen. Utgangen fra oppslagstavlen omdannes til et analog signal som er blendekorrigert ved hjelp av kosinus filterteknikk og deretter påtrykket video monitoren for betraktning.

Hovedfunksjonene som virker på videoutgangen er automatisk følsomhetsutjevning (ARE), likestrømtilbakeføring (DCR), interpolering, automatisk nivåkorreksjon (ALC), automatisk forsterkningskorreksjon (AGC), gamma korreksjon og blende-regulering. Funksjonen for automatisk følsomhetsutjevning og funksjonen for likestrøms tilbakeføring foregår parallelt med hverandre i hver av de åtte multipleksede infrarøde videokanaler. ARE verdier innføres i RAM hukommelsen fra den ikke-flyktige hukommelse når systemet startes opp. Likestrøm tilbakeføring foregår kontinuerlig for å gi automatisk kompensasjon for de termiske omgivelser ved hver detektor i den infrarøde sensor.

Verdier for den automatiske følsomhets utjevning, frembringes og dateres opp ved hjelp av kalibrerings prosedyren. Både likestrøm tilbakeføringen og kalibreringen for følsomhets-utjevning bygger på at detektorsatsen sveiper en ensartet termisk referansekilde i løpet av den inaktive sveipetid (tilbakeløp). Oppholdstiden på denne kilde er forholdsvis kort,(tilnærmet 300 mikrosekunder), men gir tilstrekkelig med sampler (32) til at man kan korrigere for eventuelt fall i likestrøm og termiske forandringer i scenen for hver sveipefelttid.

I den vanlige arbeidsmåte blir hvert analogt infrarødt detektor inngangssignal til signalprosessoren kompensert ved å føye til et likestrøms tilbakeførings uttrykk og multiplikasjon med et følsomhets korrigerende uttrykk for å gi en spenning til A til D omformeren. Ligningen som bestemmer dette forhold er

Konstanten på 2.5 volt har sitt sentrum i den utgang som tilføres A til D omformeren.

Ligningen

der G er kanalens forsterkning, K er følsomhets faktoren,

T er temperaturforskjellen sett av en detektor og L er

en nivåforskyvning som innføres av elektronikken, innebærer at hvis ARE er sett lik K-1, vil hver detektorutgang være normalisert. Disse ARE verdier blir beregnet i den opprinnelige kalibrerings prosedyre og lagret i den ikke-flyktige hukommelse. Andre tilknyttede ligninger innbefatter:

Tilbakeføringsverdiene for likestrømmen blir oppdatert ved hvert sveipefelt. Når detektorsatsen sveiper over den termiske referansekilde, blir utgangen fra A til D omformeren sammenlignet med 1.5 volt som tilsvarer en ventet referansekilde temperatur på 20°C over omgivelses-temperatur og med en 0.075 V/°C følsomhet. Når hver

detektor blir multipleksert til inngangs prosessoren,

blir det tilsvarende uttrykk for korrigeringen av like-strøm tilbakeføringen DCR utlest av hukommelsen og føyet til detektorspenningen. DCR uttrykket blir altså benyttet for å forhånds innstille opp/ned telleren. Spennings-komparatoren strobeundersøker tellingen enten opp eller ned, avhengig av inngangssignalet til A til D omformeren.

Hvis FLIR detektorens inngang pluss det gamle DCR korri-geringsuttrykk er lavt, blir telleren strobeinnstilt for å telle opp inntil inngang pluss DCR korrigeringen er lik (normalisert) 1.5 volt. Hvis FLIR detektor inngangen pluss det gamle uttrykk er høyt, blir telleren strobeinnstilt til å telle ned inntil inngangen blir normalisert. Ved å sørge for flere satser av inngangen til telleren, kan støy gjennomsnitlig utlignes til - 1 minst dominerende bit (LSB) av DCR uttrykket. DCR korreksjonen er - 2 volt med 8 bit kvantisering, slik at man får en DCR korreksjon på - 16 millivolt eller - 0.3 prosent av A til D omformerens dynamiske område ved inngangen. Den nye DCR korreksjon blir lagret i hukommelsen og benyttet for å korrigere den neste aktive feltssveiping av FLIR systemet.

Den opprinnelige kalibrering av ARE verdiene foretas under kalibreringsprosedyren. Under dette arbeid vil den sveip-ende FLIR sats se på et mål med ensartet temperatur. FLIR systemet vil derved sveipe en ensartet kildetemperatur i løpet av den aktive feltsveiping og sveiper den termiske forskjellskilde under den inaktive (tilbakeløpe) del av feltsveipet. Med alle detektorer rettet mot samme tempera-turforskjell mellom det aktive synsfelt og den termiske referanse, vil de eneste forskjeller i utgangssignalet skyldes følsomhetsforskjeller mellom detektorene.

Til å begynne med er ARE verdiene stilt på null, og DCR forskyvning som kreves for en ensartet utgang blir frembragt. Den gjennomsnittlige scenetemperatur under kalibreringen blir så beregnet på grunnlag av åtte på hverandre følgende histogrammer. Denne gjennomsnittlige scenetemperatur benyttes som komparatorens referanse-spenning for å bestemme ARE verdiene. Denne selvtil-passende komparator referanse muliggjør kalibrering av detektorsatsen med forskjellig sceneinngang for kalibreringen så som himmel, jord eller prøvemål o.l. ARE verdiene frembringes på en lignende måte som DCR uttrykkene ved å benytte komparatoren til å strobe opp/ned telleren til korrekt ARE verdi. Frembringelsen av ARE-og DCR verdiene, er en tilbakevendende prosess. De nye ARE verdier for-skyver DCR verdiene, som på sin side justerer ARE verdiene. Denne prosess er sammenløpende og etter en rekke felter

er ARE-og DCR uttrykkene stabile.

For ytterligere å redusere støyfølsomheten for ARE uttrykkene, representerer de virkelige lagrede verdier av ARE gjennom-snittet av 32 på hverandre følgende ARE korreksjoner. Da kalibreringen av DCR og ARE er et lukket sløyfesystem rundt A til D omformeren, vil eventuelle kanal-til-kanal behandlingsforskjeller også bli utlignet automatisk ved å sørge for samme sigitale utgang for hver detektor for den samme delta temperatur inngang. ARE utjevningen danner et område med en 1 - 0.5 multiplikasjonsfaktor med 8 bit kvantisering for en nøyaktighet på - 0.21 prosent ved A

til D omformer inngangen.

Interpolering av IR sveipelinjene til TV linjer krever opptegning av 320 IR linjer for et 525 linjers TV bilde,

der 480 linjer benyttes. Interpolasjons algoritmen tegner opp fire på hverandre følgende IR sveipelinjer som seks TV linjer. Interpoleringen foregår på en IR/TV feltbasis

for å eliminere billedbrudd som ville være resultatet hvis hele IR/TV rammen (to felt) ble interpolert. Denne enkelt-felt interpolering vil, selv om den eliminerer billedbrudd på grunn av billedbevegelse eller sensorbevegelse, innføre en viss forringelse av oppløsningen i den vertikale dimensjon.

I de dynamiske sceneomgivelser ved lavflyvning, vil imidlertid for eksempel den resulterende billedkvalitet være bedre med denne form for feltinterpolering.

Automatisk forsterkningsjustering og nivåjustering foregår ved å samle et histogram over scenestyrkene og bestemme både minimum styrken og maksimum styrken fra et 7.5 til 10 graders vindu i det nedre sentrum av synsfeltet, eller fra hele scenen. Synsfeltet velges ved anvendelse av port-kretser. Forsterkning og styrkenivå blir så justert for å gjengi bare de videostyrker som representerer terreng-detaljer.

Programvare algoritmen som er innbygget i mikroprosessoren virker som et lavpass filter når det gjelder maksimum-og minimumverdier fra ramme-til-ramme med det følgende forhold:

der I er det detekterte maksimum eller minimum. M er maksimum eller minimum som benyttes for påfølgende beregning, M

er maksimum eller minimum fra den foregående ramme og K

er en vektfaktor.

Ved anvendelse av maksimum og minimum verdier etter filtrering, kan forsterknings-og nivåverdier beregnes på grunnlag av de følgende ligninger:

der G er forsterkningen, L er nivået og N er antall biter for full gjengivelse av det dynamiske område.

Utgangstransformasjonen kan beregnes med de følgende ligninger:

der X(I) er utgangsverdien for inngang I, I er inngangen for 0 til 2 M - 1, og M er antallet av inngangsbiter.

Den digitale video fra interpolatoren portstyres til histogram hukommelsen. Enten det totale synsfelt eller det lille vindu blir samplet i avvekslende TV felt. Hvert styrkenivå øker tellingen som er lagret i hukommelsen for den spesielle styrke. Ved enden av en IR felttid, leses histogrammet ut av mikroprosessoren for å klargjøre beregning av forsterknings-og nivåjusteringer. Mikroprosessoren virker også som et lavpassfilter for å inte-grere flere datarammer. Deretter blir forsterknings-og nivåinnstillinger beregnet på grunnlag av de filtrerte data.

Forsterknings-og nivåoverførings funksjonen finnes i oppslagstavlen som er innført i RAM av mikroprosessoren. Oppslagstavlen benyttes for å omdanne hver 9 bits digitale FLIR styrke til en 8 bit styrke for videobildet. Den nødvendige gamme korreksjonsfaktor for gjengivelsen og bildets polaritetsfaktorer, blir også lagret i oppslagstavlen. Blendeforbedring sørges det for etter D til A omforming av videosignalene for å kompensere for MTF forskyvning som skyldes optikken, billedoppløsningen og detektor sampling. Blendekorreksjon gir en forbedring på 6 dB ved Nyquist samplefrekvens (0.54 cykler/mrad, T = 0.6 6 mikrosekunder).

Det er således her beskrevet en ny og nyttig signalprosessor som kan anvendes for å avgi elektronisk forbedrede video-bildesignaler. Programvare styrte digitale forbedrede billed detaljer i henhold til oppfinnelsen, kan man få til ved bruk av et forholdsvis lite antall standard integrerte kretser. Systemet muliggjør adaptiv kalibrering og kalibrerings faktorene blir lagret uendelig for bruk i systemet. Temperaturen for referansetenperaturkilden som benyttes for å kalibrere systemet, behøver ikke være kjent for at systemet skal arbeide tilfredsstillende. Like-strøm nivåene for alle detektorer i systemet tilbakeføres eller gjenopprettes automatisk til den likestrøms referansetemperatur som er fastlagt av referansetemperaturkilden. Man har ingen manuelle justeringer som skal gjøres under kalibrering eller drift.

Billedforbedrings funksjonene oppnås i en oppslagstavle

i stedet for å bli beregnet ved hjelp av analoge kretser som i vanlige signalprosessorer. Et bredt dynamisk område er oppnådd ved å benytte digitale billedbehandlingskretser og teknikker. Bedre frekvensfølsomhet for systemet oppnås ved hjelp av blende korrigerings kretser. Fleksibilitet og utvidelse av systemet er mulig og kan gjøres ved hjelp av forandringer i programvaren. Det skal påpekes at den ovenfor beskrevne utførelsesform bare skal være en illu-strasjon av de mange utførelsesformer som anvender prinsippene ved foreliggende oppfinnelse. Det er klart at mange og avvikende anordninger kan tilveiebringes av fagfolk på området uten at man derved går utenom oppfinnelsens ånd og ramme.

Claims (8)

1. Signalprosessor (20) til bruk sammen med et billedoppfattende sensorsystem med en rekke detektorer som sveipes over en billedscene under den første del av en sveipesyklus og sveipes over en referansetemperaturkilde under en andre del av sveipesyklusen, hvilken signalprosessor (20) avgir video-utgangssignalet til en videomonitor, der signalene representerer billedscenen, og hvor signalprosessoren (20) omfatter en inngangsprosessoranordning (21) koblet til det billedoppfattende sensorsystem for behandling av analoge signaler som avledes fra hver av de mange detektorer for å utjevne forsterkningene av de analoge signaler i forhold til hverandre under den nevnte første del av sveipesyklusen, basert på lagrede forsterkningskorrigerende signaler som er avledet fra en på forhånd bestemt kalibreringsprosedyre for sensorfølsomhet, for behandling av de analoge signaler for tilbakeføring av likestrømnivåene til signaler som er avledet fra hver av de nevnte detektorer til likestrømverdier som er knyttet til referansetemperaturkilden under den annen del av sveipesyklusen, og for behandling av de utjevnede og likestrøm tilbakeførte signaler for å avgi digitaliserte første utgangssignaler fra den nevnte inngangsprosessoranordning (21), karakterisert ved at i og for seg kjente sveipeomformeranordninger (22) er koblet til inngangsprosessoranordningen (21) for lagring av de digitaliserte første utgangssignaler og behandling av de lagrede digitaliserte signaler for å avgi digitaliserte andre utgangssignaler som passer sammen med videomonitoren, og at utgangsprosessoranordninger (23) er koblet til sveipeomformeranordningen (22) for behandling av de andre digitaliserte utgangssignaler på en måte som muliggjør programvarestyrt digitalisert billedforbedring av disse, og for omforming av de forbedrede andre digitaliserte utgangssignaler til analoge videoutgangssignaler som passer til videomonitoren.

2. Signalprosessor som angitt i krav 1, karakterisert ved at inngangsprosessoranordningen (21) omfatter: analog til digital omformeranordning (32) for omforming av påtrykte analoge .signaler til de nevnte digitaliserte første utgangssignaler, summeringsanordning (31) for kombinering av de nevnte analoge signaler, signaler for 1ikestrømtilbakeføring og de nevnte forsterkningskorrigerende signaler, samt for påtrykning av de kombinerte signaler på den analog til digitale omformer og databehandlende anordninger koblet til den analog til digitale omformeranordning (32) og summeringsanordning (31) for beregning av korrigeringssignalene for 1ikestrømnivået og for styring av kombinasjonen av de analoge signaler, de forsterkningskorrigerende signaler og korrigeringssignalene for likestrømnivå på en på forhånd bestemt måte for å gi signaler som er digitaliserte av den analog til digitale omformeranordning.

3. Signalprosessor som angitt i krav 2, karakterisert ved at de databehandlende anordninger omfatter: en ikke-flyktig hukommelse (29) for lagring av forsterkningskorrigerende konstanter avledet fra kalibreringsprosedyren, første hukommelsesanordning koblet til summeringsanordningen (31) for lagring av signalene for likestrøms-tilbakeføring før deres påtrykning på summeringsanordningen, andre hukommelsesanordninger koblet til summeringsanordningen (31) for lagring av forsterkningskorrigerende signaler før deres påtrykning på summeringsanordningen (31), en databehandlende prosessor (25) koblet til den ikke-flyktige hukommelse (29), de første og andre hukommelsesanordninger og den analog til digitale omformer (32) for beregning av likestrømtilbakeføringssignalene og lagring av disse i den første hukommelsesanordning, for innføring av de nevnte forsterkningskorrigerende signaler fra den ikke-flyktige hukommelse (29) i den nevnte andre hukommelsesanordning og for styring av behandlingen av de analoge signaler, samt de forsterkningskorrigerende signaler for å sette signalene sammen i den analog til digitale omformer (32) .

4. Signalprosessor som angitt i krav 3, karakterisert ved at den første hukommelsesanordning omfatter: en referansekrets (33) for holdespenning koblet til den analog til digitale omformer (32) for behandling av utgangssignaler avledet fra denne for å gi faste referanse-spenningssignaler for beregning av likestrømstilbakeførings-signalene og en tellerkrets (34) for behandling av de nevnte spennings-referansesignaler for å frembringe inkrementerende og dekrementerende signaler til den første hukommelsesanordning, hvilke signaler justerer og normaliserer likestrømstilbake-føringssignalene i forhold til den nevnte faste spenningsreferanse under hver sveipesyklus.

5. Signalprosessor som angitt i krav 4, karakterisert ved at de første og andre hukommelsesanordninger videre omfatter: første og andre direkte lågere (RAM) (35), første og andre digitale til analoge omformere (38, 39), koblet mellom de nevnte første og andre direkte lågere (35) og den analoge til digitale omformer (32) for omforming' av digitale signaler som er lagret i hukommelsene til analoge signaler som passer til den analog til digitale omformer (32).

6. Signalprosessor som angitt i kravene 1, 2, 3, 4 eller 5, karakterisert ved at sveipeomformeranordningen (22) omfatter: en sveipeomformer for lagring av de digitaliserte første utgangssignaler og interpoleringsanordninger koblet til sveipeomformeren for omforming av de digitaliserte første utgangssignaler til de nevnte digitaliserte andre utgangssignaler som passer sammen med videomonitoren.

7. Signalprosessor som angitt i krav 6, karakterisert ved at utgangsprosessoranordningen (23) omfatter en frembringelsesanordning for en oppslagstavle for beregning og lagring av oppslagstavlen som omfatter billedforbedrende korrigeringssignaler, digital til analoge omformeranordninger (47) koblet til frembringelsesanordningen for oppslagstavlen (46) for omforming av signaler mottatt fra sveipeomformeranordningen (22) til analoge videoutgangssignaler som passer til videomonitoren, blenderkorrigeringsanordninger (49) koblet til den digital til analoge omformer (47) for behandling av de forbedrede signaler som er avledet fra frembringelsesanordningen for oppslagstavlen (46) for derved å forbedre modulasjonsoverføringsfunksjonen i systemet og databehandlende prosessoranordning (25) koblet til frembringelsesanordningen for oppslagstavlen for beregning av signalene som utgjør oppslagstavlen.

8. Signalprosessor som angitt i krav 7, karakterisert ved at frembringelsesanordningen for oppslagstavlen (46) omfatter: histogramfrembringelsesanordninger (43) til frembringelse av et histogram av antall opptredender av de nevnte første utgangssignaler ved hvert styrkenivå tilknyttet den nevnte sensor, en oppsiagstavlehukommelse (46) for lagring av de billedforbedrende signaler, hvilken databehandlende prosessoranordning (25) beregner de nevnte billedforbedrende korreksjonssignaler på grunnlag av histogrammet, og lagrer de beregnede signaler i oppslagstavlens hukommelse.