CH655216A5

CH655216A5 - Vorrichtung zum erzeugen von abbildern mittels infraroter waermestrahlung.

Info

Publication number: CH655216A5
Application number: CH3370/81A
Authority: CH
Inventors: Charles Andrew Berry; Peter John Berry; Ian Harrison Howie
Original assignee: Barr & Stroud Ltd
Priority date: 1980-05-22
Filing date: 1981-05-22
Publication date: 1986-03-27
Also published as: FR2483152B3; NL8102455A; GB2076612A; US4383271A; SE449034B; NO811735L; IN154358B; BE888898A; DE3119644A1; FR2483152A1; IT1145552B; IT8167675A0; SE8103261L; GB2076612B

Description

Die Erfindung befasst sich mit einer Vorrichtung zum Erzeugen von Abbildern mittels Wärmestrahlung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. In derartigen Vorrichtungen wird die von der beobachteten Szene ausgesandte Wärmestrahlung (Infrarotstrahlung) mittels einer optischen Abtasteinrichtung (Scanner) fortlaufend abgetastet und auf einen Infrarotdetektor abgebildet, dessen analoges Ausgangssignal einer Signalverarbeitungsschaltung und danach einem Video-Anzeige-gerät zugeleitet wird. Die Abtasteinrichtung tastet die aus der Szene einfallende Strahlung zweidimensional ab, das Detektorausgangssignal ist jedoch ein l.w. kontinuierliches Signal, welches aus aufeinanderfolgenden Signalabschnitten von unterschiedlicher Wellenform zusammengesetzt ist, welche aus dem Zeitabschnitt, in welchem der Detektor von der Abtasteinrichtung Strahlung von der Abtastung der Szene empfängt, und aus dem Zeitabschnitt, in welchem der Detektor von der Abtasteinrichtung Strahlung von der Abtastung des Gehäuseinneren des

Infrarot-Bilderzeugers erhält, herrühren. Das Detektorausgangssignal hat daher eine periodische Struktur; seine Periode T misst man üblicherweise vom Ende des Wellenzugs eines ersten Abtastvorgangs über die Szene bis zum Ende des nachfolgenden Abtastvorgangs über die Szene. Die Signalabschnitte mit der Information aus den Abtastungen der Szene besitzen die konstante Dauer Ti. Daraus bestimmt sich der Wirkungsgrad der Abtastung des Bilderzeugers zu Ti/T.

Um die Signalverarbeitungsschaltung mit dem Detektor bzw. mit der Abtasteinrichtung zu synchronisieren, ist es bekannt, ein Signal mit vorbestimmter Wellenform zum Detektorsignal hinzuzufügen, und zwar in gleichbleibender Phasenlage innerhalb einer jeden Periode T. Das Synchronisationssignal wird von einer Erkennungsschaltung erkannt und steuert eine monostabile Schaltung an, von welcher ein Zeitsteuersignal für die Signalverarbeitungsschaltung abgeleitet wird. Bei den bekannten Infrarot-Bilderzeugern liegt dieses Synchronisationssignal unmittelbar hinter dem Signalabschnitt aus der Abtastung der Szene; dies hat den Nachteil, dass man eine verhältnismässig aufwendige Erkennungsschaltung für das Synchronisationssignal benötigt, um sicherzustellen, dass Signalanteile im Detektorsignal aus der Abtastung der Szene, welche eine ähnliche Signalform haben wie das Synchronisationssignal nicht vorzeitig die monostabile Schaltung triggern. Unglücklicherweise tauchen derartige Signalformen im Bildsignal in der Praxis nicht nur einzeln auf, sondern wiederholen sich in einer Anzahl von aufeinanderfolgenden Abtastzeilen (d.h. in aufeinanderfolgenden Perioden T), da derartige Signalformen von physikalischen Objekten mit charakteristischer Grösse innerhalb der beobachteten Szene herrühren. Werden solche Bildsignale irrtümlich als Synchronisationssignale «erkannt», dann sind die monostabile Schaltung und die Zeitsteuerschaltung für eine Anzahl von Zeilen nicht mehr synchron mit dem Detektorsignal, und wertvolle Information geht verloren, weil das sichtbare Bild auf der Videoanzeige undeutlich wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesem Nachteil zu begegnen und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Synchronisation der Signalverarbeitungsschaltung mit dem Detektorsignal auf einfache Weise wirksam gelöst ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist Gegenstand des Patentanspruchs 2.

Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung beträgt die Dauer T] eines jeden Signalabschnitts mit Information aus der beobachteten Szene (Bildzeile) weniger als 50% der Periodendauer T und das Synchronisationssignal liegt jeweils dicht vor einem solchen Signalabschnitt mit Information aus der Szene; die Dauer T2 vom Synchronisationssignal bis zum Ende des dem Synchronisationssignal folgenden Signalabschnitts mit Information aus der Szene und die Haltezeit T3 der monostabilen Schaltung sind derart gewählt, dass die Beziehung

T2 < T3 < 0,5 T

gilt.

Die Haltezeit T3 der monostabilen Schaltung kann grösser sein als die Dauer T1 eines Signalabschnitts mit Information aus der Szene, beträgt aber weniger als die Hälfte der Periode T, so dass die monostabile Schaltung selbst dann, wenn sie vorzeitig aktiviert wird, wieder abgefallen sein wird (Schaltzustand «aus»), ehe in der nachfolgenden Periode T das Synchronisationssignal erscheint, so dass dann in dieser Periode T eine einwandfreie Synchronisation stattfindet und folglich die fehlerhafte Synchronisation und mit ihr die Undeutlichkeit im sichtbaren Bild auf eine Zeile beschränkt bleibt.

Weil der Abtastwirkungsgrad Ti/T unter 50% liegt, beträgt

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10

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25

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3

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die Dauer des Signalabschnitts, während der der Scanner nicht die Szene, sondern das Gehäuseinnere abtastet, mehr als die Zeitspanne Ti, und während dieser Dauer muss das Detektorausgangssignal frei sein von Signalanteilen, welche die Synchro-nisationserkennungsschaltung fälschlicherweise als Synchronisationssignale erkennen könnte. Dies lässt sich jedoch einfach erreichen, da das Innere des Gehäuses der Vorrichtung, welches von der Abtasteinrichtung abgetastet wird, von vorbestimmbarer Gestalt, Struktur und Temperatur ist. Zum Einblenden des Synchronisationssignals kann man mit Vorteil im Innern des Gehäuses der Vorrichtung einen Spiegel vorsehen, welcher von der (wesentlich unter die Umgebungstemperatur herabgekühlten) Detektorhalterung ausgesandte Infrarotstrahlung zurück auf den Detektor reflektiert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist schematisch in der beigefügten Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung, in Blockdarstellung, und

Fig. 2 ist eine Darstellung des Ausgangssignals des Detektors in dieser Vorrichtung.

Die Vorrichtung zum Erzeugen von Abbildern mittels Wärmestrahlung besitzt ein Gehäuse 11 mit einem Fenster 12, durch welches infrarote Wärmestrahlung aus einer Szene kommend auf eine optische Abtasteinrichtung 13 fällt, welche diese Strahlung auf einen Detektor 14 fokussiert. In Umkehrung des Strahlengangs kann man sagen, dass der Detektor 14 durch die Abtasteinrichtung 13 entlang einer im Gehäuse 11 liegenden Ortskurve 15 abgebildet wird. Auf der Ortskurve 15 liegt ein Spiegel 16, welcher die von der wesentlich unter die Umgebungstemperatur heruntergekühlten Halterung 14A des Detektors 13 ausgehende Infrarotstrahlung auf den Detektor 14 reflektiert und dadurch innerhalb einer jeden Periode T ein Synchronisationssignal im Detektorausgangssignal erzeugt. Ein Synchronisationssignal könnte aber auch auf andere im Bereich fachmännischen Könnens liegende Weise erzeugt werden.

Das Detektorausgangssignal wird über den Signalweg 18 einer Synchronisationssignalerkennungsschaltung 20 zugeleitet, welche das Synchronisationssignal abtrennt und zum Ansteuern einer monostabilen Schaltung (Monoflop) verwendet, welche Bestandteil einer Zeitsteuereinrichtung 22 ist. Ferner wird das Detektorausgangssignal über den Signalweg 23 einer Signalverarbeitungsschaltung 24 und von dort weiter einer Video-Anzeigeeinrichtung 25 übermittelt. Beide, die Signalverarbeitungsschaltung 24 und die Video-Anzeigeeinrichtung 25 werden zum Zwecke der Synchronisierung durch die Zeitsteuereinrichtung 22 gesteuert.

5 Die Gestalt eines Detektorausgangssignals 30 ist in Fig. 2 dargestellt. Das Detektorausgangssignal 30 besteht aus aufeinanderfolgenden Signalabschnitten 30A, 30B, 30C, 30D und 30E. Der Signalabschnitt 30A stellt eine erste Abtastzeile mit Information aus der beobachteten Szene dar; der Signalab-lo schnitt 30B beruht auf der Abtastung des Innern des Gehäuses 11 ; der Signalabschnitt 30C stellt das Synchronisationssignal dar; der Signalabschnitt 30D stellt die nächstfolgende Abtastzeile mit Information aus der Szene dar und besitzt ähnliche, aber nicht unbedingt übereinstimmende Gestalt wie der Signal-15 abschnitt 30A; der Signalabschnitt 30E beruht auf der nächstfolgenden Abtastung des Innern des Gehäuses 11 und stimmt mit dem Signalabschnitt 30B überein. Die Grenze zwischen den Signalabschnitten 30A und 30B markiert den Beginn einer Periode T und die Grenze zwischen den Signalabschnitten 30D und 20 30E markiert das Ende dieser Periode T und zugleich den Beginn der nächstfolgenden Periode. Der Signalabschnitt 30D besitzt die Dauer Ti < 0,5 T und das Synchronisationssignal 30C liegt unmittelbar vor dem Signalabschnitt 30D. Die Zeitspanne T2 von der Grenze zwischen den Signalabschnitten 30B und 30C 25 bis zum Ende der Periode T ist ebenfalls kürzer als 0,5 T.

Die Erkennungsschaltung 20, welche vorzugsweise ein Differenzierglied und eine Schwellwertschaltung enthält, erkennt das Synchronisationssignal 30C und triggert die monostabile Schaltung innerhalb der Zeitsteuerschaltung 22; die Haltezeit T3 der jo monostabilen Schaltung genügt der Ungleichung

T2 < T3 < 0,5 T;

der Beginn 28A der Haltezeit T3 fällt zeitlich mit dem Auftreten des Synchronisationssignals 30C zusammen und das Ende 28B 35 der Haltezeit T3 liegt später als das Ende der jeweiligen Zeitspannen Ti, T2 und T.

Die Signalabschnitte 30B und 30E sind frei von Signalanteilen, welche von der Erkennungsschaltung 20 mit Synchronisationssignalen 30G verwechselt werden könnten. Die Signalab— 40 schnitte 30A und 30D hingegen, welche die Information aus der Szene, welche beobachtet wird, enthalten, enthalten auch Spitzen 31, welche ohne Anwendung der Erfindung zu fehlerhaftem Ansprechen der Erkennungsschaltung 20 führen könnten.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

655 216 2 PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zum Erzeugen von Abbildern mittels infraroter Wärmestrahlung mit einer optischen Abtasteinrichtung (13), welche aus einem Gesichtsfeld infrarote Wärmestrahlung empfängt und auf einen Strahlungsdetektor (14) weiterleitet, mit einer Einrichtung zur Übermittlung eines charakteristischen Strahlungssignals an den Detektor (14), welches der von der Abtasteinrichtung (13) kommenden abgetasteten Strahlung überlagert wird, mit einer Signalverarbeitungsschaltung (24) und mit einer parallel zu dieser angeordneten Synchronisations-signalerkennungsschaltung (20), welchen beiden das Detektorausgangssignal parallel zugeführt wird, mit einer der Signalverarbeitungsschaltung (24) nachgeschalteten Video-Anzeigeein-richtung (25), und mit einer Zeitsteuereinrichtung (22), welche die Signalverarbeitungsschaltung (14) und die Video-Anzeigeeinrichtung (25) zeitlich steuert und selbst durch das Ausgangssignal der Synchronisationssignalerkennungsschaltung (20) angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtasteinrichtung (13) derart aufgebaut und angeordnet ist, dass in jeder Periode T des Detektorausgangssignals der Signalabschnitt (30A) mit Information aus der zu beobachtenden Szene eine Dauer Ti < 0,5 T hat und dass in der übrigen Zeitspanne innerhalb einer jeden Periode T das Detektorausgangssignal frei ist von solchen Signalteilen, welche die Synchronisationsschaltung (20) irrtümlich als Synchronisationssignale erkennen könnte, dass die Einrichtung (16) zur Übermittlung des charakteristischen Strahlungssignals an den Detektor (14) derart angeordnet ist, dass das durch sie bewirkte, im Detektorausgangssignal enthaltene Synchronisationssignal (30C) zeitlich dicht vor dem Beginn und in einem zeitlichen Abstand T2 vor dem Ende des Signalabschnitts (30A) mit Information aus der Szene liegt, und dass die Zeitsteuereinrichtung (22) eine monostabile Schaltung enthält, welche durch die Synchronisationssignalerkennungsschaltung (20) getriggert wird und deren vom Zeitpunkt der Triggerung laufende Haltezeit T3 der Ungleichung

T2 < T3 < 0,5 T

genügt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (16) zur Übermittlung eines charakteristischen Strahlungssignals an den Detektor (14) einen Spiegel um-fasst, der auf der Ortskurve (15) liegt, entlang welcher das Detektorbild durch die Abtasteinrichtung (13) abgetastet wird, und der die von der wesentlich unter die Umgebungstemperatur heruntergekühlten Detektorhalterung (14A) ausgehende Strahlung auf den Detektor (14) zurück reflektiert.