SE469253B - Signalprocessor i ett bildavkaenningssystem - Google Patents

Description

469i253 2 10 15 20 25 30 35 seringsschemat som beskrivs i denna publikation utnyttjar scenstatistik för alstring av signaler som är lämpliga för att åstadkomma temperaturkompensation.

Redogörelse för uppfinningen För att undanröja begränsningarna hos kända signal- behandlingssystem har en signalprocessor ástadkommits med de särdrag som framgår av det efterföljande självständiga patentkravet 1.

Signalprocessorn enligt uppfinningen lämpar sig väl för bildavkänningssystem, exempelvis för ett framåtriktat infrarödsystem (FLIR) eller liknande. FLIR-systemet omfattar exempelvis ett flertal avkännare eller detektorer, vilka av- söker en bildscen under en första del av en avsökningscykel (den aktiva delen) och en intern temperaturreferenskälla under en andra del av avsökningscykeln (den inaktiva eller återgångsdelen). Signalprocessorn enligt uppfinningen ger förstärkta videoutsignaler till en videoåtergivningsenhet eller monitor, vilka signaler är representativa för bild- scenen.

Signalprocessorn omfattar en insignalprocessor an- sluten till bildavkännarsystemet som bearbetar analoga sig- naler vilka erhålles från var och en av de olika detektorerna.

Insignalprocessorn är anordnad att normalisera de analoga signalerna relativt varandra under den aktiva delen av av- sökningscykeln på grundval av lagrade data som erhålles från ett förutbestämt kalibreringsförfarande för avkännar- känsligheten. Denna normaliseringsfunktion utjämnar för- stärkningarna som hör till samtliga kanaler i avkännar- systemet. Insignalprocessorn bearbetar även de analoga signalerna för att återställa likspänningsnivåerna för var och en av avkännarkanalerna till respektive likspännings- värden relaterade till temperaturreferenskällan under den inaktiva delen av avsökningscykeln. Denna likspännings- återställningsfunktion utförs under kalibreringsproceduren och medan systemet är i funktion. Insignalprocessorn bear- betar de normaliserade och likspänningsåterställda sig- nalerna för att därur alstra digitaliserade första utsignaler.

Signalprocessorn omfattar även en avsökningsomvand- lare ansluten till insignalprocessorn, vilken lagrar de digi- 10 15 20 25 30 35 469 253 3 taliserade första utsignalerna i minnet och bearbetar de lagrade digitaliserade signalerna för att alstra andra digi- taliserade utsignaler som är kompatibla med videomonitorn.

Avsökningsomvandlaren fungerar som en demultiplexerare och interpolator för signalprocessorn. En utsignalprocessor är an- sluten till avsökningsomvandlaren, som användes för att be- arbeta de andra digitaliserade utsignalerna på ett sätt som medger mjukvarastyrd digitaliserad bildförstärkning av de- samma och som omvandlar de förstärkta andra digitaliserade utsignalerna till analoga videosignaler som är kompatibla med videomonitorn.

Under operationen kalibreras först FLIR-systemet som innefattar signalprocessorn enligt den föreliggande uppfin- ningen. FLIR-systemet kan exempelvis omfatta etthundra- sextio (16Û) detektorelement, vilkas utsignaler multiplexeras innan de inmatas på signalprocessorn. Detektorerna är typiskt vertikalt orienterad och avsöker horisontellt över bild- scenen. Under kalibreringsproceduren avsöker detektorerna en uniform temperaturkälla av svartkroppstyp. Varje detektor- element har en annorlunda känslighets- (förstärknings-) faktor och annorlunda likspänningsnivåfel under varje avsök- ningscykel. Avkännarna avsöker den uniforma temperaturkällan under den aktiva delen av avsökningscykeln för att därefter, under en återgångsperiod för cykeln, avsöka en intern tempe- raturreferenskälla. Kalibreringsproceduren utförs under ungefär 30 - 40 avsökningscykler.

Förstärkningskorrigeringskonstanterna för samtliga detektorkanaler beräknas automatiskt under kalibrerings- proceduren. Förstärkningskorrigeringskonstanterna är fasta för varje detektor och förändras ej under normal funktion.

Förstärkningskorrigeringskonstanterna lagras i ett icke flyk- tigt minne i insignalprocessorn och framhämtas vid system- start. Likspänningsfelkorrigeringsfaktorerna beräknas under varje avsökningscykel och matas till de under bearbetning varande avkänningssignalerna. En mikroprocessor eller lik- nande användes för att beräkna och styra signalbearbetningen i insignalprocessorn. 469 255 10 15 20 25 30 35 4 De förstärknings- och likströmsnivâkorrigerade sig- nalerna digitaliseras därefter och lagras i avsökningsomvand- larminnet. Avsökningsomvandlaren innefattar en interpolerings- del, som omvandlar digitala data, vilka tillhör vardera av- sökningscykeln, till ett fält med data som är kompatibelt med videomonitorn. Exempelvis kan avkännarsystemet vara 160 linjers video med anledning av att det har 160 vertikalt lig- gande detektorer, vilket måste omvandlas till H80 linjers video som bearbetas av videomonitorn.

Utsignalprocessorn innefattar en uppslagstabell som lagras i ett ickeflyktigt minne. Uppslagstabellen omfattar en lagrad överföringskurva som förverkligar bildförstärknings- funktioner. Uppslagstabellen genereras med hjälp av statistik som erhålles från ett histogram och en histogramutjämnings- algoritm vilken är förverkligad i mikroprocessorn. Ett mjuk- varastyrt program, som är förverkligat i mikroprocessorn, utför bildförstärkningsfunktioner som förbättrar bilden på videomonitorn. Sådana funktioner som automatisk nivåstyrning, automatisk förstärkningsstyrning, videokomprimering, bild- investering och gammakorrigering kan förverkligas. Utsignal- processorn innefattar slutarkorrigeringskretsar vilka är anordnade att förbättra den horisontella moduleringsöver- föringsfunktionen (MTF) hos systemet för att förbättra system- frekvensgensvaret..

Den föreliggande uppfinningens mjukvarastyrda digi- tala bildförstärkningsegenskaper kan förverkligas genom an- vändning av ett relativt fåtal integrerade kretsar av standard- typ. Systemet medger adaptiv kalibrering i det att förstärk- ningarna för samtliga avkännarkanaler utjämnas under kalibre- ringsproceduren och kalibreringsfaktorerna lagras tillfälligt för att användas av systemet. Temperaturen på referenstempera- turkällan behöver ej vara känd för systemet för att detta skall fungera korrekt. Samtliga systems detektorers likspän- ningsnivåer återställes automatiskt till den referenslikspän- ningstemperatur som definieras av referenstemperaturkällan.

Några manuella regleringar förekommer ej under kalibrerings- funktionen. 10 15 20 25 30 35 .469 253 5 Bildförstärkningsfunktioner föreligger i en uppslags- tabell i stället för attbli beräknade medelst analoga kretsar såsom vid konventionella signalprocessorer. Ett brett dyna- miskt område erhålles med användningen av digitala bearbet- ningskretsar och tekniker. Utökat systemfrekvensgensvar upp- nås medelst slutarkorrigeringskretsen. Flexibiliteten hos och utbyggnad av systemet är möjlig och kan förverkligas ge- nom ändring av mjukvaraprogram.

Föredragna utföringsformer Olika egenskaper hos och fördelar med den förelig- gande uppfinningen kommer att anges närmare nedan i samband med den detaljerade beskrivningen som ges under hänvisning till bifogade ritningar, vari samma hänvisningsbeteckningar avser varandra motsvarande komponenter och där fig. 1 visar ett blockschema för en signalprocessor enligt principerna för den föreliggande uppfinningen, fig. 2 visar ett blockschema för en utföringsform av en insignalprocessor avsedd att användas i signalproces- sorn enligt fig. 1, fig. 3 visar ett blockschema för en utföringsform av en utsignalprocessor avsedd att användas i signalproces- sorn enligt fig. 1, fig. 4 visar ett blockschema för en utföringsform av en bländarkorrigeringskrets avsedd att användas i ut- signalprocessorn enligt fig. 3, fig. 5 visar ett funktionsblockschema för signal- processorn enligt fig. 1 och fig. 6 visar en typisk histogramkurva med en ovanför given representativ överföringskurva som förverk- ligas med utsignalprocessorn enligt den föreliggande uppfin- ningen.

I fig. 1 visas ett blockschema för en signalpro- cessor 20 enligt principerna för den föreliggande uppfin- ningen. Signalprocessorn 20 är anordnad att motta analoga insignaler, som erhålles från en videosignalkälla, och mata de bearbetade signalerna till en videomonitor. Signalproces- sorn 20 kommer att beskrivas under hänvisning till dess an- 10 15 20 25 30 35 469 255 6 vändning i samband med ett framåtriktat infrarödsystem (FLIR).

Det bör emellertid inses att även andra bildavkännare, så- som radarsystem med konstlins eller videoavkännare av standard- - typ, kan utnyttja signalprocessorn 20 samt att den förelig- gande uppfinningen ej är begränsad till FLIR-system. ~ Signalprocessorn 20 omfattar en insignalprocessor 21, vilken har ingångar som är anordnade att motta analoga in- signaler erhållna från FLIR-avkännaren. Insignalprocessorn 21 utför automatiskt gensvarsutjämnings- och likspännings- återställningsfunktioner samt omvandlar analoga signaler till digitala signaler, som är kompatibla med en digital avsök- ningsomvandlare 22 vilken är ansluten till dess utgång.

Den digitala avsökningsomvandlaren 22 är anordnad att demultiplexera de inmatade signalerna och omvandla dem till signaler som är kompatibla med videomonitorn. Avsöknings- omvandlaren 22 omvandlar bilddata som erhålles från en verti- kal detektoranordning, vilken avsöks horisontellt, till data som är kompatibla med standardformat för TV, vilket är en horisontell anordning som avsöks vertikalt. Avsökningsomvand- laren 22 utför sålunda en ortogonal vridning av bilddatatid- styrningen och arbetar följaktligen med att omformatera bild- scensdata.

Avsökningsomvandlaren 22 har en utgång som är kopplad till utsignalprocessorn 23. Utsignalprocessorn 23 användes för att bearbeta de omformaterade datana på ett sätt som medger mjukvarastyrd digitaliserad bildförstärkning.

Dessutom omvandlar utsignalprocessorn 23 dessa förstärkta omformaterade signaler till analoga videoutsignaler som är kompatibla med videomonitorn.

En tidstyrkrets 24 användes för att styra klock- regleringen av signalerna genom signalprocessorn 20 och för att synkronisera datagenomgången från FLIR-signalkällan till videomonitorn. En dataprocessor såsom mikroprocessorn 25 el- ler liknande, är kopplad till signalprocessorns 20 kompo- nenter för att styra dess databearbetningsfunktioner. Mikro- processorn 25 styr bearbetningen av de analoga insignaldatana för att förverkliga förstärkningsutjämningsfunktionen i 10 15 20 25 30 35 4.69 253 7 insignalprocessorn 21 samt styr algoritmberäkningen, som genererar histogram- och uppslagstabellöverföringsfunktio- nerna i utsignalprocessorn 23. Bättre förståelse av mikro- processorns 25 funktion kommer att erhållas i samband med den nedan givna beskrivningen av de detaljerade figurerna.

I fig. 2 visas ett detaljerat blockschema för en utföringsform av insignalprocessorn 21. Denna del av signal- processorn 20 omfattar en summerarkrets 31 som såsom insig- naler mottar de analoga insignalerna från FLIR-signalkällan samt analoga signaler som är representativa för de automa- tiska korrigeringskonstanterna för gensvarsutjämning (ARE) och korrigeringsfaktorerna för likspänningsåterställning (DCR). Summerarkretsens 31 utsignal bearbetas av en första A/D-omvandlare 32 och matas sedan till avsökningsomvandlaren 22.

Koncepten för automatisk gensvarsutjämning och lik- spänningsåterställning är allmänt kända inom signalbearbet- ningstekniken. Exempel på automafiska gensvarsstyrkretsar före- ligger i amerikanskt patent H 345 148. Följaktligen kan en mer detaljerad diskussion av dessa koncept därför undvaras här.

Faktorerna för automatisk gensvarsutjämning (ARE) och likspänningsåterställning (DCR) genereras av den följande kretsen. En hållspänningsreferens genereras av en DCR-håll- referenskrets 33, som är kopplad till D/A-omvandlarens 32 utgång. DCR-hållreferenskretsen är kopplad till en upp/ned- räknare SH, vars utsignal är anordnad att uppräkna eller nedräkna likspänningsåterställningsfaktorerna. Mikroproces- sorn 25 är kopplad till ett RAM-minne 35,ett ickeflyktigt minne 39 samt till automatiska gensvarsutjämnings- och lik- spänningsåterställningskretsar 36 resp. 37. Likspänningsåter- ställningskretsen 37 är via en första D/A-omvandlare 38 kopp- lad till summerarkretsen 31 medan den automatiska gensvarsut- jämningskretsen 36 är kopplad till summerarkretsen 31 via en multiplicerande D/A-omvandlare 39.

Avsökningsomvandlaren 22 enligt fig. 1 visas icke i detalj i någon figur. Digitala avsökningsomvandlare är välkända och konstruktionen av denna komponent i signalpro- 10 15 20 25 30 35 4691253 8 cessorn 20 kommer ej att diskuteras i detalj här. Emellertid beskrivs ett representativt exempel på en avsökningsomvand- lare, som skulle kunna anpassas för att användas i samband med den föreliggande uppfinningen, i amerikanskt patent 3 947 826.

Interpoleringsdelen av avsökningsomvandlaren 22 omfattar en algoritm, som är förverkligad i hårdvara och som exempelvis omvandlar FLIR-avsökningslinjeformatet (180 linjer/- fält) till TV-videoavsökningsformat (240 linjer/fält). Det speciella utförandet som praktiseras vid den föreliggande uppfinningen inbegriper omläggning av fyra successiva IR- avsökningslinjer till sex TV-avsökningslinjer på ett förut- bestämt kombinationssätt. Den speciella algortmen lägger om fyra IR-avsökningslinjer (A, B, C och D) till sex TV-avsök- ningslinjer (A, 1/2A + 1/2B, B, C 1/20 + 1/2D och D).

I fig. 3 visas ett blockschema för en utföringsform av utsignalprocessorn 23 som användes i signalprocessorn 20 enligt fig. 1. Utsignalprocessorn 23 omfattar en histogram- genereringskrets 41, som innefattar en fönsterkrets H5, en grindkrets 42, en histogramkrets H3 och en uppräkningsräknare 44. digitaliserade utsignaler som mottas från avsökningsomvand- Histogramgenereringskretsen 41 är anordnad att bearbeta laren 22 och generera ett histogram för antalet signalupp- trädanden för varje IR-detektors intensitetsnivå under varje fälttidsperiod. Mikroprocessorn 25 är kopplad till histogram- genereringskretsen 41 för access till histogramdata.

Histogramutjämning är allmänt känd inom signal- bearbetningstekniken och kommer följaktligen icke att be- skrivas närmare här. Representativa för känd histogramut- jämningstekniker är de amerikanska patenten 3 979 555 och 3 983 320. p Mikroprocessorn 25 utnyttjar histogramdata för att generera en uppslagstabell H6 som är fysiskt lagrad i ett RAM-minne. Histogramdata användes för att omvandla de digitala, omformade och oförstärkta signalerna som mottas från avsök- ningsomvandlaren 22 till förstärkta bilddata under styrning från mikroprocessorn 25. Uppslagstabellen H6 omfattar data 10 15 20 25 30 35 469 255 9 vilka medger*attrnikroprocessorn 25 kan utföra många bildför- stärkningsfunktioner inklusive automatisk nivåkorrigering, automatisk förstärkningsstyrning, polaritetsomkastning samt gammakorrigering.

Utsignalprocessorn 23 omfattar även en D/A-omvand- lare 47 som mottar insignaler från uppslagstabellen 46. D/A- omvandlarens 47 utsignal omfattar videosignaler som är kompatibla med monitorns intensitetsnivåer. A/D-omvandlarens utgång är via bländarkorrigeringskretsen 49 kopplad till en utsignalförstärkare 50, vars utgång är ansluten till video- monitorn.

Pig. 4 visar en utföringsform av bländarkorrigerings- kretsen 49 som är avsedd för utsignalprocessorn 23. Bländar- korrigeringskretsen 49 är anordnad att förstärka systemets frekvensgensvar och följaktligen förbättra modulationsöver- föringsfunktionen (MTF) för systemet. Kretsen 49 utnyttjar en tidsfördröjningskrets 52 samt en variabel resistorkrets 53, som matar signaler till en summerarkrets SH. Denna krets arbetar som ett cosinusfilter. Kombinationsfunktionen för de tidsfördröjda signalerna med just bearbetade signaler förbättrar förstärkningen ovanför vissa frekvenser och för- bättrar systemets frekvensgehör.

Funktionen för signalprocessorn 20 enligt uppfin- ningen kommer att förklaras under hänvisning till fig. 5, som visar ett funktionsblockschema för signalprocessorn 20.

Systemet kommer att beskrivas i samband med dess användning i FLIR-avkännarsystemet. FLIR-avkännaren omfattar ett fler- tal detektorer, 160 stycken i det diskuterade fallet. Ut- signalerna från de 160 kanalerna multiplexeras i FLIR-av- kännaren innan de matas till signalprocessorn 20.

De multiplexerade FLIR-insignalerna inmatas på sum- merarkretsen 31. Summerarkretsens 31 utsignal bearbetas av den automatiska gensvarsutjämningskretsen 35. Förstärknings- faktorer utläses från det icke-flyktiga minnet 39 till RAM- minnet 35. Lagrade värden multipliceras därefter med förstärk- ningsfaktorerna och adderas till de analoga FLIR-signalerna av summerarkretsen 31. Dessutom bestämmas likspänningsåter- 10 15 20 25 30 35 l/ 4691253 10 ställningsfaktorer, som adderas till FLIR-signalerna i sum- merarkretsen 31.

Summerarkretsens 31 utsignal omfattar signaler som är likspänningsâterställda och normaliserade relativt var- andra. Dessa signaler omvandlas sedan till digitala data i A/D-omvandlaren 32 och lagras i avsökningsomvandlaren 23.

Avsökningsomvandlaren arbetar på ett sätt som omformaterar och intepolerar de digitala datana för inreglering av an- talet avsökningslinjer till ett antal som är kompatibelt med videomonitorn. Avsökningsomvandlarens 22 utsignal matas där- efter till utsignalprocessorn 23.

Utsignalprocessorn 23 utnyttjar histogramgenererings- kretsen 43 och mikroprocessorn 25 till att generera en upp- slagstabell 46 i RAM-minnet, som omfattar en överförings- funktion som förstärker den digitala videobild som är under bearbetning. Uppslagstabellen innehåller multiplikativa fak- torer som matas till de digitala videodatana för att förverk- liga automatisk förstärkningsstyrning, automatisk nivâkorri- gering, polaritetsomkastning samt gammakorrigering. Signalerna som lämnar uppslagstabellen 46 omfattar förstärkta digitala videosignaler, som omvandlas till analoga videosignaler i D/A-omvandlaren 47 och matas till bländarkorrigeringskretsen 49. Bländarkorrigeringskretsen 49 förbättrar signalförstärk- ningen vid förutbestämda frekvenser. Bländarkorrigeringen kom- penserar utrullningen av moduleringsöverföringsfunktionen, som förorsakas av optik som ej är helt perfekt, sämre video- monitorupplösning och detektorsampling i FLIR-avkännaren.

Nedan ges en allmän beskrivning av en signal- procsessor som är konstruerad enligt principerna för den föreliggande uppfinningen och användes som en del i ett fram- åtriktat IR-system (FLIR). Signalprocessorn kommer ej att be- skrivas med hänvisning till någon speciell figur. Signal- processorn bearbetar åtta parallella kanaler med tjugo mul- för att förverkliga bildomformateringen från 160 parallella IR-detektorutsigna- tiplexerade signaler och videobearbetning ler till 525 linjers linjer av dessa återges). standard för TV-videoutsignalen (480 10 15 20 25 30 35 .469 255 11 De åtta parallella multiplexerade IR-videokanalin- signalerna omfattar tjugo detektorer per kanal. Insignalerna från var och en av de tjugo kanalerna är likspänningsåterställ- da, gensvarskorrigerade och digitaliserade till en 9-bitars intensitetsnivå i åtta insignalprocessorkretsar. Den digi- tala IR-videosignalen är omformaterad medelst ortogonal om- formning och lagrar avsökningsomvandlarens minne. Bilden lagras i TV-koordinater som omfattar 320 linjer med 725 samplar per linje. Avsökningsomvandlarens minne utnyttjar 64K RAM IC-kretsar och lagrar varje bildfält i 36 IC-kretsar.

Den lagrade bilden utläses parallellt med fyra IR- linjer och interpoleras föratt ge sex TV-linjer på video- monitorn. Den interpolerade videosignalen samplas i det histogramminne som lagrar uppträdandefrekvensen för var och en av de 512 (9 bitar) intensitetsnivåerna. Histogrammet bearbetas för att ge automatisk nivå- och förstärkningsomvand- ling för återgiven videosignal. Nivå- och förstärkningsstyr- funktionerna förverkligas i RAM-minnets uppslagstabell, som översätter varje IR-intensitetsnivå till en videomonitors intensitetsnivå. Även återgivningens gamma- och bildinver- teringskorrigeringsfaktorer lagras i uppslagstabellen. Upp- slagstabellens utsignal omvandlas till en analog signal, vil- ken är bländarkorrigerad medelst cosinusfiltertekniken och därefter matas till videomonitorn för att betraktas.

Huvudfunktionerna som påverkar videoutsignalen är: Automatisk gensvarsutjämning (ARE), likspänningsåterställ- ning (DCR), interpolering, automatisk nivåkorrigering (ALC), automatisk förstärkningskorrigering (AGC), gammakorrigering och bländarförbättring. De automatiska gensvarsutjämnings- och likspänningsåterställningsfunktionerna utförs parallellt på var och en av de åtta multiplexerade IR-videokanalerna.

ARE-värden lagras i RAM-minnet från det icke-flyktiga minnet vid systemstarten. Likspänningsåterställning utförs konti- nuerligt för att ge automatisk kompensation för den tekniska omgivningen runt varje detektor i infrarödavkännaren.

Automatiska gensvarsutjämningsvärden genereras och uppdateras medelst kalibreringsproceduren. Såväl likspän- 469i2ss 10 15 20 25 30 35 12 ningsâterställnings- som gensvarsutjämningskalibreringen grundas på att detektoranordningen avsöker en uniform termisk referenskälla under den inaktiva avsökningstiden (återgângen).

Stigningstiden för denna källa är relativt kort (ungefär 30 usek) men ger tillräckligt antal samplar (32) för att korri- gera varje likspänningsfall och termisk förändring hos scenen för varje avsöknings fälttid.

Vid normal funktionsmod kompenseras varje analog IR-detektorinsignal till signalprocessorn genom addering av en likspänningsåterställningsterm och multiplicering med en gensvarskorrigeringsterm för matning av en spänning till A/D- omvandlaren. Ekvationen som definierar detta förhållande är e = (2,5 + e - DCR)/(1 + ARE) 0 1 Konstanten 2,5 volt centrerar den till A/D-omvand- laren matade utsignalen.

Ekvationen ei = GK . T + L, där G = kanalförstärkningen K = gensvarsfaktorn T = temperaturskillnaden uppfattad av en detek- tor samt ' L = nivåförskjutning âstadkommen av elektro- niken, innebär att om ARE är satt lika med K-1 så kommer varje detektorutsignal att vara normaliserad. Dessa ARE-värden beräknas i den initierande kalibreringsproceduren och lag- ras i det icke-flyktiga minnet. Andra relevanta ekvationer inbegriper ARE = Kí - 1, DCR = VÛ+GK.TSi+Lí-VDCR(1 + ARE) och eg = VDCR + GSi(TSi - Ti).

DCR-värdena uppdaterades för varfie avsökningsfält.

När detektoranordningen avsöker den termiska referenskällan jämförs A/D-omvandlarens utsignal med 1,5 V, som motsvarar en förväntad temperatur hos referenskällan på ZOOC över omgiv- *I Q 10 15 20 25 30 35 469 253 13 ningen och en känslighet av 0,075 V/OC. Eftersom varje detektor multiplexeras på insignalprocessorn utläses mot- svarande DCR-korrigeringsterm från minnet och adderas till detektorspänningen. DCR- termen användes även för förinställ- ning av upp/nedräknaren. Spänningskomparatorn strobar räknaren antingen uppåt eller nedåt beroende på insignalen till A/D-omvandlaren.

Om FLIR-detektorinsignalen plus den gamla DCR- korrigeringstermen är låg strobas räknaren till att räkna upp tills insignalen plus DCR-korrigeringen är lika med 1,5 V (normaliserad). Om FLIR-detektorinsignalen plus den gamla termen är hög strobas räknaren till att räkna ned tills insignalen är normaliserad. Genom att mata många samplar av insignalen till räknaren utjämnas störningar till den il minst signifikativa biten (LSB) för DCR-termen. DCR-korri- geringen är :Z V med åtta bitars kvantisering och ger så- lunda DCR-korrigering med i 16 mV eller i 0,3 % av A/D- omvandlarens dynamiska insignalområde. Den nya DCR-korri- geringen lagras i minnet och användes för korrigering av FLIR:s nästa aktiva fältavsökning. lnitialkalibreringen av ARE-värdena utförs under kalibreringsmoden. Under denna mod avkänner den avsökande FLIR-anordningen ett enhetligt temperaturmål. FLIR-anordningen avsöker alltså en enhetlig temperaturkälla under den ak- tiva fältavsökningstiden och avsöker den termiska referens- källan under den inaktiva (återgångs-)delen av fältavsök- ningen. Med samtliga detektorer inrättade att avkänna samma temperaturskillnad mellan det aktiva synfältet och den ter- miska referensen så kommer de enda skillnaderna i utsignalen att förorsakas av känslighetsskillnader hos de olika detek- torerna.

Ursprungligen är ARE-värdena satta lika med noll och de DCR-förskjutningar som krävs för en enhetlig utsignal genereras. Medelvärdet för bildkalibreringstemperaturen beräknas därefter ur åtta successiva histogram. Denna bild- kalibreringstemperatur användes som jämförande referensspän- ning för att bestämma ARE-värden. Denna självadaptiva jäm- 10 15 20 25 30 35 4s9'2ss 14 förelsereferens medger en kalibrering av defektoranordningen med olika kalibreringsbildinsignaler, såsom himlen, marken eller testmål och liknande. ARE-värdena genereras på lik- nande sätt som DCR-termerna genom att komparatorn användes för att stroba upp/nedräknaren för att korrigera ARE-värdet.

Genereringen av ARE- och DCR-värdena är ett iterativt för- farande. De nya ARE-värdena skiftar DCR-värdena, som i sin tur reglerar ARE-värdena. Detta förfarande är konvergerande och efter flera fält är ARE- och DCR-termerna stabila.

För att ytterligare reducera ARE-termernas brus- känslighet representerar de aktuella lagrade ARE-värdena medelvärdet för 32 konsekutiva ARE-korrigeringar. Eftersom DCR- och ARE-kalibreringen är ett slutet slingsystem runt A/D-omvandlaren kompenseras även varje kanal för kanalbear- betningsskillnad automatiskt genom att samma digitala ut- signal alstras för varje detektor vid samma deltatemperatur- insignal. ARE-kompenseringen ger ett område för en 1 i 0,5 multipliceringsfaktor med åtta bitars kvantisering vid en noggrannhet av i 0,21 % på A/D-omvandlarens insignal.

Interpoleringen av IR-avsökningslinjerna till TV- linjer krävs för att överföra 320 IR-linjer till en 525 linjers TV-återgivning varav H80 utnyttjas. Interpolerings- algoritmen överför fyra successiva IR-avsökningslinjer till sex TV-linjer. Interpoleringen utförs på IR/TV-fältbasis för undanröjande av den bilduppbrytning som annars skulle bli resultatet om hela IR/TV-ramen (två fält) skulle inter- poleras. Enkelfältinterpoleringen medför, trots att den undan- röjer den bilduppbrytning som orsakas av bild- eller av- kännarförflyttning, en viss upplösningsförsämring i vertikal led. I den dynamiska scenomgivningen som exempelvis förekom- mer vid lågt flygande flygplan är den resulterande bild- kvaliteten bättre med denna formfnlfältinterpolering.

Automatisk förstärknings- och nivâjustering åstad- kommes genom uppgörande av ett histogram över scenintensi- teterna och bestämning av såväl minimi- och maximiintensi- teten ur ett 7,5 X 10 grader fönster i biltfältets nedre centrum eller ur den totala scenen. Bildfältet väljes genom fx ll 10 15 20 25 30 35 469 253 15 användning av grindkretsar. Förstärkning och nivå justeras sedan för återgivning av enbart videointensiteter som repre- senterar terrängföremål.

Mjukvaraalgoritmen, som förverkligas i mikroproces- sorn, fungerar som ett lågpassfilter med avseende på ram till rammaxima och minima med användning av följande samband: + M avkänt maximum eller minimum, - det maximum eller minimum som användes för efterföljande beräkning det maximum eller minimum som gäller för föregående ram och en vägningsfaktor Med användning av maximi- och minimivärden kan, efter filtrering förstärknings- och nivåvärden beräknas med följande ekvationer: G ZN/(Max-Min) (Max + Min)/2 IT' n där G förstärkningen, L N nivån och antal bitar för fullt dynamiskt återgivnings- område Utsignalomformningen kan beräknas med följande ekva- tioner: G 0, X(I) = 0 2N-1,X utsignalvärdet för insignalen I, - 1 och X(I) X(I) < X(I) > X(I) N där insignalen för 0 till ZM antalet insignalbitar.

Den digitala videosignalen från interpolatorn grindas till histogramminnet. Antingen samplas hela bildfältet eller ett smalt fönster på växelvisa TV-fält. Varje intensitetsnivå ökar det räknetal som lagras i minnet för den speciella inten- siteten. Vid slutet av tiden för ett IR-fält utläses histo- 10 15 20 25 30 35 4e9i25s 16 grammet från mikroprocessorn för att möjliggöra beräkningen av förstärknings- och nivåjusteringar. Mikroprocessorn utför även en lågpassfilterfunktion för att integrera flera ramar med data. Därefter beräknas förstärknings- och nivåinställ- ningarna från filtrerade data.

Förstärkníngs- och nivåöverföringsfunktionen alstras i uppslagstabellen, som är införd i RAM av mikroprocessorn. Upp- slagstabellen anävndes för att omvandla varje nio bitars di- gitala FLIR-intensitet till åtta bitars videoåtergivnings- intensitet. Även erforderliga gammakorrigeringsfaktorer för återgivningen och bildpolaritetsfaktorer lagras i uppslags- tabellen. Bländarförbättring åstadkommes efter D/A-omvandling av videosignalerna för att kompensera MTF-avrullning, som förorsakas av optiken, återgivningsupplösning och detektor- samplingen. Bländarkorrigeringen ger en förbättring av 6 dB vid Nyquist-samplingsfrekvensen (0,54 cykler/mrad, T = 0,66 mikrosekunder).

Sålunda har härmed en ny och användbar signalpro- cessor beskrivits som kan utnyttjas för att ge elektroniskt förstärkta videobilder. Mjukvarastyrda digitala bildförbätt- ringsegenskaper enligt den föreliggande uppfinningen kan för- verkligas med användning av relativt få integrerade kretsar av standardtyp. Systemet lämpar sig för adaptiv kalibrering och kalibreringsfaktorerna mellanlagras för att användas av systemet. Temperaturreferenskällans temperatur, vilken använ- des för att kalibrera systemet, behöver ej vara känd för systemet föratt detta skall fungera korrekt. Likspännings- nivåerna för samtliga detektorer i systemet återställes automa- tiskt till den likspänningsreferenstempeatur som definieras av temperaturreferenskällan. Några manuella regleringar under kalibreringen eller driften fordras ej.

Bildförbättringsfunktioner erhålles i en uppslags- tabell i stället för att beräknas medelst analoga kretsar såsom sker i konventionella signalprocessorer. Ett brett dynamiskt område uppnås genom användning av digitala bildbe- handlingskretsar och teknik. Ett ökat systemfrekvensgensvar uppnås medelst bländarkorrigeringskretsen. Flexibilitet och utbyggnadsmöjlighet hos systemet är möjligt och kan för- (N 469 253'" 17 verkligas genom byte av mjukvaraprogram.

Det bör förstås att den ovan beskrivna utförings- formen endast är illustrativ för uppfinningen, som kan för- verkligas genom många andra utföringsformer där principerna för uppfinningen utnyttjas. Följaktligen kan flera och vari- erande anordningar framtagas av fackmannen utan att uppfin- ningstanken frångås.

Claims (9)

LO L5 30 35 40 nwlzav 18 "i

1. Signalprocessor avsedd att användas i ett bildavkännings- system som omfattar ett flertal detektorer, vilka under en första del av en avsökningscykel avsöker en bildscen och un- der en andra del av avsökningscykeln avsöker en referenstem- peraturkälla, varvid signalprocessorn innefattar en insignal- processor (21) ansluten till bildavkänningssystemet för att utföra förstärkningsutjämning med avseende på dess detekto- rer på grundval av ett kalibreringsförfarande och i beroende av en temperaturreferenskälla återställa likspänningsnivån, varigenom videoutsignaler som är representativa för bildsce- nen erhålles för matning av en videomonitor, kännetecknad av att insignalprocessorn (21) är anordnad att utföra förstärk- ningsutjämningen under avsökningscykelns första del och åter- ställningen av likspänningsnivån under avsökningscykelns andra del, varvid insignalprocessorn (21) innefattar organ (36, 37) för att generera automatiska gensvarsutjämningsfak- torer (ARE) och likspänningsåterställningsvärden (DCR) och kretsorgan (fig. 3) för felkorrigering i utjämningsfaktorerna i beroende av justering av återställningsvärdena och för kor- rigering av fel i de återställningsvärden som blir resultatet av justeringen av utjämningsfaktorerna.

2. Signalprocessor enligt patentkrav 1, kännetecknad av av- sökningsomvandlarorgan (22) som är anslutna till insignal- processorn (21) för att lagra de digitala första utsignalerna och bearbeta dessa lagrade digitala utsignaler till att bilda digitala andra utsignaler, som är kompatibla med videomoni- torn och är anordnade att bearbetas av en utsignalprocessor (23) på så sätt att mjukvarastyrd digital bildförbättring kan erhållas och varigenom förstärkta digitala andra utsignaler omvandlas till analoga videoutsignaler som är kompatibla med videomonitorn.

3. Signalprocessor enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknad av att insignalprocessorn (21) omfattar analog/digitalomvand- lare (32) för omvandling av inmatade analoga signaler till att utgöra de digitala första utsignalerna, summerarorgan (31) för att kombinera de analoga signalerna, likspännings- âterställningssignalerna och förstärkningskorrigeringssigna- lerna och mata de kombinerade signalerna till analog/digital- f» 10 15 20 25 30 35 469 253 19 omvandlaren (32) samt databearbetningsorgan (33 - 39) som är anslutna till analog/digitalomvandlaren (32) och summerar- organen (31) för beräkning av likspänningsnivåkorrigerings- signalerna och för att styra kombineringen av de analoga signalerna, förstärkningskorrigeringssignalerna och likspän- ningsnivåkorrigeringssignalerna på ett förutbestämt sätt, så signaler alstras vilka är digitaliserade av analog/digital- omvandlaren (32).

4. Signalprocessor enligt patentkrav 3, kännetecknad av att databearbetningsorganen (33 - 39) omfattar ett ickeflyktigt minne för lagring av förstärkningskorrigeringskonstanter som erhålles ur kalibreringsproceduren, första minnesorgan (35, 37, 38) som är anslutna till summerarorganen (31) för att lagra likspänningsåterställningssignalerna innan de inmatas på summerarorganen (31), andra minnesorgan (35, 36, 39) som är anslutna till summerarorganen (31) för att lagra förstärk- ningskorrigeringssignalerna innan de inmatas på summerarorga- nen (31) samt en dataprocessor (25) som ar ansluten till det ickeflyktiga minnet, de första och andra minnesorganen (35, 37, 38 resp. 35, 36, 39) och till analog/ digitalomvandlaren (38, 39) för att beräkna likspänningsåterställningssignalerna och lagra dem i de första minnesorganen (35, 37, 38) samt överföra förstärkningskorrigeringssignalerna från det icke- flyktiga minnet till de andra minnesorganen (35, 36, 39) och för att styra bearbetningen av de analoga signalerna och förstärkningskorrigeringssignalerna för att kombinera dessa signaler i analog/digitalomvandlaren (32).

5. Signalprocessor enligt patentkrav 4, kännetecknad av att de första minnesorganen (35, 37, 38) omfattar en hållkrets (37) för referensspänning ansluten till analog/digitalomvand- laren (38) för bearbetning av utsignaler som erhålles från denna för att alstra fasta referensspänningssignaler för be- räkning av likspänningsåterställningssignalerna samt en räk- 10 15 20 25 30 35 4695253 20 narkrets (34) för bearbetning av referensspänningssignalerna för matning av inkrement- och dekrementsignaler till de förs- ta mínnesorganen (35, 37, 38), vilka reglerar och normalise- rar likspänningsâterställningssignalerna relativt den fasta spänningsreferensen under varje avsökningscykel.

6. Signalprocessor enligt patentkrav 5, kännetecknad av att de första och andra mínnesorganen (35, 37, 38 resp. 35, 36, 39) vidare omfattar första och andra RAM-minnen, varvid förs- ta och andra digital/analogomvandlare är anslutna mellan de första respektive andra RAM-minnena för att omvandla digitala signaler som lagras i dessa minnen till analoga signaler som är kompatibla med analog/digitalomvandlaren (38 resp. 39).

7. Signalprocessor enligt något av patentkraven 1 - 6, känne- tecknad av att avsökningsomvandlarorganen (22) omfattar en avsökningsomvandlare för att lagra och digitalisera första utsignaler samt interpolationsorgan som är anslutna till av- sökningsomvandlaren för att omvandla de digitala första ut- signalerna till digitala andra utsignaler som är kompatibla med videomonitorn (fig. 5).

8. Signalprocessor enligt patentkrav 7, kännetecknad av att utsignalprocessororganen (23) omfattar genereringsorgan (41) för en uppslagstabell för att beräkna och lagra en uppslags- tabell (46) omfattande bildförbättringskorrigeringssignaler, en digital/analogomvandlare (47) som är ansluten till genere- ringsorganen (41) för uppslagstabellen (46) för att omvandla signaler som mottas från avsökningsomvandlaren, till analoga videoutsignaler som är kompatibla med videomonitorn, bländar- korrigeringsorgan (49) som är anslutna till digital/analog- omvandlaren (47) för bearbetning av de förstärkta signalerna som erhålles från genereringsorganen (41) för uppslagstabel- len (46), för att förbättra modulationsöverföringsfunktionen för systemet samt databearbetningsorgan (25) som är anslutna f) 10 469 253 21 till genereringsorganen (41) för att beräkna signaler som omfattar uppslagstabellen (46).

9. Signalprocessor enligt patentkrav 8, kännetecknad av att genereringsorganen (41) för uppslagstabellen (46) omfattar organ (43, 44) för histogramgenerering med avseende på antal gånger som de första utsignalerna uppträder för varje inten- sitetsnivå som tillhör denna avkännare samt ett uppslags- tabellminne för lagring av bildförbättringssignalerna, varvid databearbetningsorganen (25) som bearbetar bildförbättrings- korrigeringssignalerna är anordnade att utnyttja histogrammet och lagra de bearbetade signalerna i uppslagstabellminnet.