DE3006630A1

DE3006630A1 - Optische einrichtung zur erzeugung eines rasterbildes

Info

Publication number: DE3006630A1
Application number: DE19803006630
Authority: DE
Inventors: Peter John Berry; David Scarth Ritchie
Original assignee: Thales Optronics Ltd
Current assignee: Thales Optronics Ltd
Priority date: 1979-02-28
Filing date: 1980-02-22
Publication date: 1980-09-04
Also published as: GB2048606B; IT8067065A0; DE3006630C2; FR2450542B1; FR2450542A1; US4246612A; SE439844B; IT1128751B; NL7909314A; SE7910210L; GB2048606A

Description

Beschreibung:

Die Erfindung befaßt sich mit einer optischen Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Für Sicherungs- und sonstige Zwecke besteht häufig Bedarf an einem Überwachungssystem, welches in kurzen Zeitabschnitten einen großen Winkelbereich - häufig 360 — überstreichen kann. Wenn man jedoch einen Bilderzeuger, der ein Fernsehrasterbild entwirft, auf einem Träger montiert und rasch in simutaler Richtung rotieren läßt, dann findet während der Zeit, die man für einen vollständigen Bild- oder Halbbildabtastzyklus benötigt, eine Drehung um einen merklichen Winkel statt und dies führt zu einer Verzerrung des Bildes. Bei langsamen Drehungen mag das noch vertretbar sein, bei schnelleren Drehungen kann die auftretende Bildverzerrung jedoch nicht mehr hingenommen werden, nämlich dann,wenn die Drehgeschwindigkeit mit der Bildwechselfrequenz vergleichbar wird.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische Einrichtung der eingangs!genannten Art so zu verbessern, daß sie ohne Auftreten wesentlicher Bildverzerrung zur Weitwinkelüberwachung eingesetzt werden kann.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine optische Einrichtung mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte

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Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße optische Einrichtung wird bestimmungsgemäß zum Erzeugen von thermischen Abbildern erzeugt. Allerdings ist die Verwendbarkeit nicht auf das infrarote Frequenzband beschränkt, vielmehr kann man unter Verwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung eine Szene auch auf einem gewöhnlichen Fernsehmonitor beobachten. Ferner kann man auch einen gewöhnlichen Video-Rekorder verwenden, und zwar ist dies in Überwachungssystemen von besonderem Nutzen, weil man damit eine Szene nach Belieben beobachten kann, aus der man bestimmte Informationen rasch erhalten möchte.

Ein Ausführungsbeisiel der Erfindung ist scheraatisch in den beigefügten Zeichnungen dargestellt.

Fig. la zeigt einen Bilderzeuger mit einer Fernsehbildasterabtastung, der ein verzerrtes Bild erzeugt,

Fig. Ib zeigt demgegenüber eine erfindungsgemäße

Einrichtung,

Fig. 2a illustriert, in welcher Weise das Bild, welches

der Bilderzeuger gemäß Fig. la entwirft, verzerrt ist,

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F i g . 2b und 2c illustrieren, wie sich bei der optischen

Einrichtung gemäß Fig. Ib die azimutale Drehung auf das erzeugte Bild auswirkt ,

F i g . 3a zeigt eine optische Einrichtung gemäß Fig.

Ib, welche zusätzlich mit einer Höhenverstellung ausgerüstet ist,

F i g . 3b zeigt, in welcher Weise durch diese Höhen

verstellung das Bild verzerrt wird, und

F i g . 4 zeigt verschiedene Wellenformen, welche

zur Erläuterung der.Erfindung dienen.

Der in Fig. la dargestellte Bilderzeuger 10 entwirft ein Rasterbild durch eine waagerechte Zeilenabtastung und eine vertikale Bildabtastung. Der Bilderzeuger 10 ist auf einem Drehtisch 1 befestigt, welcher azimutal, d.h. um die Achse 20, drehbar ist. Der Bilderzeuger 10 enthält einen Detektor 2, eine Linse 4 und zueinander orthogonale Abtaster 5 und 6. Die Linse 4 bildet den Detektor 2 auf einem Auffänger (Bildfläche 3) ab. Dieses Abbild stellt das Gesichtsfeld dar und wird punktweise mittels des mechanischen Zeilenabtasters 5 und des mechanischen Bildabtasters 6 auf der Bildfläche 3 erzeugt. Der Detektor 2 kann in

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Form einer Anordnung mehrerer Detektorelemente aufgebaut sein, sodaß verschiedene Zeilen gleichzeitig abgetastet werden, wobei dann Mittel zur Zeilenspeicherung vorgesehen sind, mit deren Hilfe die Bildsignale nicht gleichzeitig, sondern aufeinanderfolgend in einer Fernseh-kompatiblen Form dargeboten werden.

Wenn der Drehtisch 1 gedreht wird, dann kann sich die Zielrichtung des Bilderzeugers 10, welche durch die Linie 12 dargestellt ist, während der Dauer eines Bildabtastzyklus merklich verschieben, sodaß das Bild auf der Bildfläche 3 um den Winkel 'o£ verzerrt wird (Fig. 2a). Der Versatz & kontinuierlicher Zeilen im Falle der Detektor 2 ist aus mehreren parallelen Detektorelementen aufgebaut^ist ebenfalls in Fig. 2a dargestellt.

Fig. Ib zeigt das mechanische Abtastsystem 10 aus Fig. la in erfindungsgemäßer Anordnung, bei welcher der Zeilenhinlauf durch den Zeilenabtaster 5 vertikal erfolgt, d.h. koplanar mit der azimutalen Drehachse 20. Wenn beim Drehen des Drehtisches 1 die vom Bildabtaster 6 erzeugte Bildwechselfrequenz konstant gehalten wird, wie das beim Bilderzeuger gemäß Fig. la der Fall ist, dann wird beim Ausführungsbeispiel der Fig. Ib je nach der Drehrichtung des Drehtisches das Bild entweder horizontal geschmälert (Fig. 2b) oder horizontal gedehnt (Fig. 2c), aber

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nicht verzerrt. Erfindungsgemäß ist jedoch noch ein Meßfühler 14 vorgesehen, der die Drehzahl "des Drehtisches 1 überwacht und mit dem Motor 15 des Bildabtasters 6 gekoppelt ist und

en diesen so steuert, daß die Summe der Abtastgeschwindigkeit/, die von der Drehtischdrehung sowie vom Bildabtaster 6 bewirkt werden, konstant ist und der üblichen Fernsehbild- bzw.-halbbildwechselfrequenz entspricht.

Durch die Abstimmung der Abtastgeschwindigkeiten werden Verzerrungen und Versetzungsfehler vermieden, d.h. der Versatz Δ in Fig. 2a im Bild auf der Bildfläche 3 verschwindet, wenn die Zielrichtung 12 im rechten Winkel zur Drehachse 20 des Drehtisches 1 verläuft.

Im folgenden wird die Winkelgeschwindigkeit des Drehtisches 1 mit ^O und die auf den Bildabtaster 6 zurückgehende Winkelgeschwindigkeit mit cO bezeichnet. Wenn die Ziellinie 12 des Bilderzeugers 10 waagerecht verläuft, dann ist die Bildwechselfrequenz im Gesichtsfeld, d.h. am Ort der Bildfläche 3 aufgrund der Drehtischdrehung gerade \_o , so daß die Bedingung

(I) LO _F + oO = iD_pQ

gilt, worin ^FO die für eine Fernsehkompatibilität erforderiche Bildwechselfrequenz im Gesichtsfeld ist. Anhand der

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Pig. 3a kann man sehen, daß dann, wenn mittels eines Antriebs 17 die Ziellinie 12 des Bilderaeugers 10 um den Winkel 0 angehoben wird, die effektive Winkelgeschwindigkeit infolge der Drehtischdrehung am Ort der Bildfläche 3 den Wert LO. cos 0 hat. (Wenn 0 = 90 ist, dann bewirkt die Drehtischdrehung keine Abtastbewegung mehr, und das Bild rotiert bloß um den Mittelpunkt des abgetasteten Bereichs) Aus der oben angeführten Bedingung (I) wird dann die Bedingung

(II) oa_p + uD. cos 0 = vP_po

Um dieses au verwirklichen, besitzt die in Fig. 3a dargestellte Einrichtung einen Meßfühler 16, der die Größe des Winkels 0 mißt und mit'dem Bildatotastermotor 15 gekoppelt ist.

Oft wird verlangt, daß ein Grundtyp eines Bilderzeugers 10 in der Lage sein soll, mit unterschiedlichen Gesichtsfeldern zu arbeiten, die dadurch ausgewählt werden, daß man die Vergrößerung eines Hilfsteleskops 18 (Fig. Ib) oder die Brennweite einer Objektivlinse (falls vorhanden) der Abtasteinrichtung verändert. Wenn die Vergrößerung des Teleskops 18 bzw. das Brennweitenverhältnis m ist, was durch den Meßfühler 19 bestimmt wird, dann wird die allein vom Bildabtaster 6 herrührende Abtastgeschwindigkeit zu ^F , während der für eine Fernsehkompatibilität erm

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forderliche Wert zu ^FO wird. Damit wird die Bedingung (II)

m
weiter modifiziert zu

(III) _^F + uO cos 0 =

m m

Zur Erzielung der Fernsehkompatibilität muß die Bildwechselfrequenz ^PQ konstant sein. Daraas folgt, daß zur Erzielung einer gleichbleibenden Abtastgüte die Bildabtastgeschwindigkeit der Amplitude des Treibersignals des Bildabtasters proportional ist. Wenn daher der Bildabtaster durch ein elektrisches Treibersignal gesteuert wird, ist es lediglich erforderlich, sicherzustellen, daß die Amplitude des Treibersignals proportional zu

1 - lO ' , m.cos 0 ist. tO FO

Dies kann man durch digitale oder analoge Verfahren erreichen, indem man Änderungen des Azimutwinkels und des Höhenwinkels 0 zu Eingangssignalen verarbeitet sowie ferner aus der Lage und Größe des durch den Vergrößerungsfaktor m bestimmten Gesichtsfeldes ein Eingangssignal ableitet.

Wenn eine Abtastvorrichtung benutzt wird, die bei beträchtlichem Höhenwinkel 0 ein weites Gesichtsfeld besitzt, dann tritt die in Fig. 3b gezeigte Art von Verzerrung auf und zwar selbst dann, wenn die Amplitude des Treibersignals des Bildabtasters proportional zu 1 - & ^m«cos 0 gewählt ist. Ausgenommen für

¹^ FO

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geringe Vergrößerungsfaktoren in und große Vierte von uJ ist die auftretende Verzerrung aber niht schwerwiegend.

Die Erfindung ist zwar anhand einer mechanischen, einheitlichen, nach zwei Koordinaten arbeitenden Abtasteinrichtung beschrieben, jedoch gelten dieselben Überlegungen auch für den Fall, daß zwischen einem nur nach einer Koordinate arbeitenden Abtastmechanismus und der Bildfläche ein weiterer Abtastmechanismus angeordnet ist. In diesem Fall ist uJ „_Q = ο und daher gilt dann für die Bxldwechselfrequenz

(IV) ^ F = - m uDcos 0

weil die Abtasteinrichtung ohne den weiteren Abtastmechanismus gewöhnlich mit einer fernsehkompatiblen Frequenz arbeitet.

Der Erfindungsgedanke ist auch auf nicht - mechanische Abtasteinrichtungen anwendbar, obwohl Detektoren mit Bildspeicherung, z.B. Vidikons, wegen des auftretenden Nachzieheffektes, der zu einer Verschmierung des Bildes führt, ungeeignet sind, sofern sie nicht zur Kompensation des Nachsieheffektes in Verbindung mit einem weiteren Bildabtastmechanismus (s.o.) benutzt v/erden.

Zwar ist in Fig. 3a der Höhenwinkel 0 so eingezeichnet, daß er durch Kippen der ganzen Abtasteinrichtung verwirklicht wird, doch kann man dies auch auf andere Weise, z.B. mittels eines

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HebungsspiecjGls erreichen.

Das oben erläuterte Kriterium für die Steuerung des Bildabtasters führt bei Pernsehhalbbildfrequenzen zu einer korrekten Abtastung des Gesichtsfeldes, und dies reicht in vielen Fällen aus. Um jedoch die bei 625 Zeilen, die beim Fernsehbild üblich sind, mögliche Auflösung voll zu erreichen, kann es erforderlich sein, zwei Halbbilder zu je 312,5 Zeilen mit Zeilensprungtechnik einander zur Bildung eines Fernsehvollbildes zu überlagern. Will man solche Fernsehbilder erfolgreich aufzeichnen oder wiedergeben, dann muß in allen Fällen, in denen eine Abtastkorrektur erforderlich ist, v/eil sich zwischen aufeinanderfolgenden Bildern die Abtasteinrichtung merklich verdreht hat, die Amplitude des BiIdrüddaufs gesteuert werden. Dies ist in Fig. 4 dargestellt, welche die erforderlichen Wellenformen der Bildabtastsignale zeigt, und zwar in Fig. 4a (ausgezogene Linie) für eine stationäre Einrichtung, in Fig. 4b für eine Einzelbildkorrektur für einen Abtaster, der sich mit einer Winkelgeschwindigkeit lO dreht (entsprechend der gestrichelten Linie in Fig. 4a), und in Fig. 4c für die Korrektur von Halbbildpaaren, die zu korrekten Fernsehvollbildern zusammengesetzt werden können. Im letztgenannten Fall ist die Geschwindigkeit der Abtasteinrichtung während des Abtastvorgangs dieselbe wie im Falle einer Einzelbildkorrektur, aber die aufeinanderfolgenden Rücklaufamplituden sind abwechselnd verschieden groß, sodaß die algebraische Summe des Abtastwinkels

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des Bildabtasters und des Abtastwinkels infolge der Drehung der Abtasteinrichtung gleich dem Abtastwinkel ist, der von dem Bildabtaster erzeugt würde, wenn dieser mit einer stationären Einrichtung ein fernsehkompatibles Bild erzeugen müßte.

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Claims

300G630

PATENTANWÄLTE

DR. RUDOLF BAUER · D1PL.-ING. HELMUT HUBBUCH DIPL.-PHYS. ULRICH TWELMEIER

WESTLICHE 29-31 (AM LEOPOLDPLATZ) D-753O PFORZHEIM. (WEST-QERMANY)

'S (O7231) 1033Θ0/7Ο

18. Februar 1980 III/Be

Barr & Stroud Limited, Glasgow (Schottland) Großbritannien

"Optische Einrichtung zur Erzeugung eines Rasterbildes"

Patentansprüche:

t iy Optische Einrichtung zur Erzeugung eines Rasterbildes

unter Verwendung eines auf einem in azimutaler Richtung drehbaren Drehtisch (1) angebrachten Bilderzeugers (10), der das Rasterbild zeilenweise aufbaut und zu diesem Zweck einen Zeilenabtaster (5) und einen orthogonal zu diesem arbeitenden Bildabtaster (6) aufweist, wobei der Zeilenhinlauf koplanar mit der azimutalen Drehachse (20) des Drehtisches (1) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zweck der Konstanthaltung der Bildwechselfrequenz im Gesichtsfeld am Ort einer Bildfläche (3) auf einer von der azimutalen Drehzahl (Winkelgeschwindigkeit GO ) unabhängen und mit der Halbbildwechselfrequenz üblicher Fernsehsysteme kompatiblen Wert ein Meßfühler (14) vorgesehen ist, der

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die Wirielgeschwindigkeit o^ überwacht und in Abhängigkeit von dieser Winkelgeschwindigkeit ΰ> den Antrieb (15) des Bildabtasters (6) steuert.
2. Optische Einrichtung nach Anspruch 1 mit einem Antrieb (17) zum Anheben der Zielrichtung (12) des Bilderzeugers

(10) um einen Winkel 0 gegenüber einer die azimutale Drehachse (20) im rechten Winkel schneidenden .Ebene, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke der Konstanthaltung der Bildwechselfrequenz im Gesichtsfeld am Ort jener Bildfläche (3) auf dem Fernseh-kompatiblen Wert unabhängig vom Höhenwinkel 0 ein Meßfühler (16) vorgesehen ist, der den Höhenwinkel 0 überwacht und in Abhängigkeit von diesem Höhenwinkel 0 den Antrieb (15) des Bildabtasters (6) steuert.
3. Optische Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2 mit einer zwischen dem Bilderzeuger (10) und der Bildfläche (3) angeordneten, einen Vergrößerungsfaktor m aufweisenden Abbildeeinrichtung (z.B. Linse oder Fernrohr 18), dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke der Konstanthaltung der Bildwechselfrequenz im Gesichtsfeld am Ort der Bildfläche (3) auf jenem Fernsehkompatiblen Wert unabhängig von dem Vergrößerungsfaktor m ein Meßfühler (19) vorgesehen ist, der den Vergrößerungsfaktor m überwacht und in Abhängigkeit von diesem Vergrößerungsfaktor m den Antrieb (15) des Bildabtasters (6) steuert.

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4· Optische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bilderzeuger (10) voneinander getrennte Zeilenabtaster (5) und Bildabtaster (6) besitzt.
5. Optische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bilderzeuger (10) eine einzelne Abtasteinrichtung (5,6) aufweist, die eine vorbestimmte Zeilen- und Bildabtastung vornimmt, und daß eine weitere steuerbare Bildabtasteinrichtung vorgesehen ist, welche entsprechend den im Anspruch 1 vorgesehenen Maßnahmen gesteuert wird.
6. Optische Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rücklaufamplitude der

Abtasteinrichtung derart gesteuert ist, daß Paare aufeinanderfolgender Bilder auf einem Fernsehmonitor als Halbbilder überlagert und im Zeilensprungverfahren zu einem Vollbild verflochten werden, wobei über eine Periode von zwei (Halb-)Bildern gemessen die algebraische Summe des vom Bildabtaster (6) herrührenden Abtastwinkels und des von der Drehung des Drehtisches (1) herrührenden Abtastwinkels gleich dem Abtastwinkel ist, den man bei stationärem Drehtisch (1) zur Erzielung der Fernsehkompatibilität benötigt.

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