DE3006630C2

DE3006630C2 - Optische Einrichtung zur Erzeugung eines Rasterbildes

Info

Publication number: DE3006630C2
Application number: DE3006630A
Authority: DE
Inventors: Peter John Berry; David Scarth Glasgow Ritchie
Original assignee: Thales Optronics Ltd
Current assignee: Thales Optronics Ltd
Priority date: 1979-02-28
Filing date: 1980-02-22
Publication date: 1983-02-03
Also published as: US4246612A; IT8067065A0; IT1128751B; NL7909314A; SE7910210L; FR2450542A1; SE439844B; DE3006630A1; FR2450542B1; GB2048606A; GB2048606B

Description

auch unabhängig vom Höhenwinkel Φ konstant ist. 3. Optische Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2 mit einer zwischen dem Bilderzeuger (10) und dem Gesichtsfeld (3) angeordneten, einen Vergrößerungsfaktor m aufweisenden Abbildeeinrichtung (z. B. Linse oder Fernrohr 18), dadurch gekennzeich' net, daß ein Meßfühler (19) vorgesehen ist, welcher den VergröBerungsfaktor m überwacht und in Abhängigkeit von diesem Vergrößerungsfaktor m so den Antrieb (15) des Bildabtasters (6) zusätzlich derart steuert, daß die Winkelgeschwindigkeit uf des Bildabtasters (6) proportional

1

ω ■ m

cos Φ

55

4. Optische Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprache, dadurch gekennzeichnet, daß die M Rückiaufamplitude 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.

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

Für Sicherungs- und sonstige Zwecke, z. B. für Periskope in U-Booten, besteht häufig Bedarf an einem Überwachungssystem, welches in kurzen Zeitabschnitten einen großen Winkelbereich — häufig 360⁰C — überstreichen kann. Wenn man jedoch einen Bilderzeuger, der ein Fernsehrasterbild entwirft, auf einem Träger montiert und rasch in azimutaler 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 Verzögerung dieses 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 ί angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung dient dazu, nach einer schnellen horizontalen Drehung der optischen Aufnahmevorrichtung anschließend unverzerrte Einzelbilder auswerten zu können. Dabei kann die maximal« Drehgeschwindigkeit des Drehtischs, die eine noch auswertbare Bildfolge ergibt, bis in die Nähe der Winkelgeschwindigkeit gesteigert werden, mit der jeder Bildausschnitt aufgrund der festgelegten Bildfolgefrequenz abgetastet wird.

Die erfindungsgemäße optische Einrichtung wird bestimmungsgemäß zum Erzeugen von thermischen Abbildern verwendet 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 Ausführungsbeispiel der Erfindung ist schematisch in den Zeichnungen dargestellt

Fig. ta zeigt einen Bilderzeuger mit einer Fernsehbildrasterabtastung, der ein verzerrtes Bild erzeugt;

Fi g. Ib zeigt demgegenüber eine erfindungsgemäße Einrichtung;

F i g. 2a illustriert, in welcher Weise das Bild, welches der Bilderzeuger gemäß Fig. la entwirft, verzerrt ist;

F i g. 2b und 2c illustrieren, wie sich bei der optischen Einrichtung gemäß Fig. Ib die azimutale Drehung auf das erzeugte Bild auswirkt;

Fig.3a zeigt eine optische Einrichtung gemäß Fig. Ib, welche zusätzlich mit einer Höhenverstellung

ausgerüstet ist;

Fig.3b zeigt, in welcher Weise durch diese Höhenverstellung das Bild verzerrt wird, und

Fig,4 zeigt verschiedene Signale, welche zur Erläuterung der Erfindung dienen,

Der in F^!g. 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 Form einer Anordnung mehrerer Detektorelemente aufgebaut sein, so daß verschiedene Zeilen gleichzeitig abgetastet werden, wobei dann Mittel zur Zeilenspeicherung vorgesehen sind, mit deren Hilfe die Bildsignale nicht gleichzeitig, sondern aufeinanderfolgend in einer fernsef-'iompatiblen 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, so daß das Bild auf der Bildfläche 3 um den Winkel α verzerrt wird (Fig.2a). Der Versatz Δ kontinuierlicher Zeilen im Falle, daß der Detektor 2 aus mehreren parallelen Detektorelementen aufgebaut ist ist ebenfalls in F ig. 2a dargestellt

Fig. Ib zeigt das mechanische Abtastsystem 10 aus Fig. la in erfindungsgemäßer Anordnung, bei welcher der »Zeilenhinlauf« durch den »Zeilenabiaster« vertikal 3s 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 F i g. I a der Fill ist dann wird beim Ausführungsbeispiel der Fig. Ib je nach der Drehrichtung des Drehtisches das Bild entweder horizontal geschmälert (Fig.2b) oder horizontal gedehnt (F i g. 2c). Erfindungsgemäß ist außerdem noch ein Meßfühler 14 vorgesehen, der die Drehzahl des Drehtisches 1 überwacht und mit dem Motor 15 deΐ Bildabtasters 6 gekoppelt ist und diesen so steuert, daß die Summe der Abtastgeschwindigkeiten, die von der Drehtischdrehung sowie vom Bildabtaster 6 bewirkt werden, konstant ist und der üblichen Fernsehbild- bzw. -halbbshiwechselfrequenz 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 zui Drehachse 20 des Drehtisches 1 verläuft.

Im folgenden wird die Winkelgeschwindigkeit des Drehtisches 1 mit ω und die auf den Bildabtaster 6 zurückgehende Winkelgeschwindigkeit mit ωρbezeichnet. Wenn die Ziellinie 12 des Bilderzeugers 10 waagerecht verlaiifi. dann ist die Bildwechsclfrequenz im Gesichtsfeld, d. h. am Ort der Bildfläche 3 aufgrund der Drehtischdrehung gerade ω. so daß die Bedingung

dann, wenn mittels eines Antriebs 17 die Ziellinie 12 des Bilderzeugers 10 um den Winkel Φ angehoben wird, die effektive Winkelgeschwindigkeit infolge der DrehtischdreJiung am Ort der Bildfläche 3 den Wert ω · cos Φ hat (Wenn Φ=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

Μ)5Φ =

mi -+(I) = IOm (I)

gilt, worin mm der für fine Fcrnschkompanbilitäl erforderlichen liildweclT-Hfrcqiicn/ im Gesichtsfeld entspricht. Anhand der Γ i s. 3a kann man sehen, daß Um dieses zu verwirklichen, besitzt die in Fig.3a dargestellte Einrichtung einen Meßfühler 16, der die Größe des Winkels Φ mißt und mit dem Bildabtastermotor 15 gekoppelt ist

Oft wird verlangt daß ein Grundtyp eines Büderzeugers 10 in der Lage sein soll, mit unterschiedlichen Gesichtsfeldern zu arbeiten, die dadurch ausgewählt werden, daß man die Vergrößerung eines Hilfsteieskops

18 (Fig. Ib) oder die Brennweite eir^r 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 von Bildabtaster

6 herrüh'snde Abtastgeschwindigkeit zu — ^L , während

der für eine Fernsehkompatibilität erforderliche Wert

zu -^⁰- wird. Damit wird die Bedingung (H) weiter m

modifiziert zu

■ ω cos Φ ■■

("Fo

(III)

Zur Erzielung der Femsehkompatibilität muß die der Bildwechselfrequenz entsprechende Winkelgeschwindigkeit (Ufo konstant sein. Daraus 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

m · cos Φ

ist

Dies kann man durch digitale oder analoge Verfahren erreichen, indem man Änderungen des Azimutwinkels und des Höhenwinktls Φ zu Eingangssignalen verarbeitet sowie ferner aus der Lage und Größe des durch de:* Vergrößerungsfaktor m bestimmten Gesichtsfeldes ein Eingangssignal ableitet

Wenn eine Abtastvorrichtung benutzt wird, die bei beträchtlichem Höhenwinkel Φ ein weites Gesichtsfeld besitzt dann tritt die in Fig.3b gezeigte Art von Verzerrung auf, und zwar selbst dann, wenn die Amplitude des Tre'hersignals des Bildabtasters proportional zu

m ■ cos Φ

ft»/,.

gewählt i:,i A.jst'cnor'mrn fur geringe VcrgröBc TiU¹KS-fakloren m und große Werte von o> ist die auftretende Verzerrung aber nicht schwerwiegend.

Die F.rfinduiU! ist /war 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 a)m = 0 und daher gilt dann für die Bildwechselfrequenz

CM/= -Ct(I) COS Φ

(IV)

weil die Abtasteinrichtung ohne den weiteren Abtastmechanisnius 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 Nachzieheffektes in Verbindung mit einem weiteren Biidabtasimechanismus (s.u.) benutzt werden.

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

Das oben erläuterte Kriterium für die Steuerung des Bildabtasters führt bei Fernsehhalbbildfrequenzen 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 312,¹J 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. weil sich zwischen aufeinanderfolgenden Bildern die Abtasteinrichtung merklich verdreht h;it, die Amplitude

ίο des Bildrücklaufs gesteuert werden. Dies ist in Fig.4 dargestellt, welche die erforderlichen Wellenformen der Bildabtastsignale cigt, und zwar in F i g. 4a (ausgezogene Linie) für eine stationäre Einrichtung, in F i g. 4b für eine Einzelbildkorrektur für einen Abtaster, der sich mit einer Winkelgeschwindigkeit ω dreht (entsprechend der gestrichelten Linie in Fig. 4a), und in F i g. 4c für die Korrektur von Halbbildpaaren, die zu korrekten Fernsehvollbildcm zusammengesetzt werden können.

IfIl ici/.lgCHdliliicii tail tat uiC

/CSchWirivjigivCit uCT Abtasteinrichtung während des Abtastvorgangs dieselbe wie im Falle einer Einzelbildkorrektur, aber die aufeinanderfolgenden Rücklaufamplituden sind abwechselnd verschieden groß, so daß die algebraische Summe des AbtastwinkeK des Bildabtasters und des Abtastwinkels infolge der Drehung der Abtasteinrichtung gleich dem Abtastwinkel ist, der von dem Bildabtaster erzeugt würde, wenn dieser mit einer statiofi.i/en Einrichtung ein fcrnsehkompatibles Bild erzeugen müßte.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Optische Einrichtung zur Erzeugung eines Rasterbildes unter Verwendung eines Bilderzeugers (tO), welcher das Rasterbild zeilenweise aufbaut und zu diesem Zweck einen Zeilenabtaster (S) und einen orthogonal zu diesem arbeitenden Biidtaster (6) aufweist, wobei der Bilderzeuger (10) zum Zwecke der Änderung seiner Zielrichtung (12) auf einem in ι ο azimutaler Richtung drehbaren Drehtisch (1) angeordnet ist,dadurch gekennzeichnet, daß der Bilderzeuger (10) so aufgebaut und angeordnet ist, daß ein bestimmtes Gesichtsfeld (3) in Zeilen abgetastet wird, welche koplanar mit der Drehachse is (20) liegen, und daß ein Meßfühler (14) vorgesehen ist, welcher die Winkelgeschwindigkeit ω des Drehtisches (1) überwacht und in Abhängigkeit von dieser Winkelgeschwindigkeit ω den Antrieb. (15) des Bildabusters (6) derart steuert, daß die aus der Überlagerung der Winkelgeschwindigkeit ω des Drehtisches (1) und der Winkelgeschwindigkeit ojf des Bildabtasters (6) relativ zum Drehtisch (1) gebildete Winkelgeschwindigkeit unabhängig von der Winkelgeschwindigkeit ω des Drehtisches (1) konstant ist

2. Optische Einrichtung nach Anspruch 1 mit einem Antrieb (17) zum Anheben der Zielrichtung (12) des Bilderzeugers (10) um einen Höhen-Winkel Φ gegenüber einer die azimutale Drehachse (20) im rechten Winkel schneidenden Ebene, dadurch gekennzeichnet, daß ein Meßfühler (16) zum Überwachen des Hö1ienwin~els Φ vorgesehen ist, welcher den Antrieb (IS) des Bildabtasters (6) zusätzlich derart steuert, daß t.e aus der Überlagerung der Winkelgeschwindigkeit ω des Drehtisches (1) und der Winkelgeschwindigkeit ω^ des Bildabtasters (6) relativ zum Drehtisch (1) gebildete Winkelgeschwindigkeit

,

ω ρ+ω cos V(O