DE2060581A1

DE2060581A1 - Elektrische Schaltungsanordnung zur Vergroesserung kleiner Signalwertaenderungen gegenueber Stoerpegelwerten

Info

Publication number: DE2060581A1
Application number: DE19702060581
Authority: DE
Inventors: Anders Roland A; List William F
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1969-12-24
Filing date: 1970-12-09
Publication date: 1971-07-01
Also published as: US3653014A; GB1340510A; BE760734A; FR2074213A5

Description

DiPL-ING. KLAUS NEUBECKER

Patentanwalt
4 Düsseldorf 1 · Schadowplatz 9

IHisseldorf, 8, Dez. 1970

41, 604
70110

•Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A.

•Elektrische Schaltungsanordnung zur Vergrößerung kleiner Signalwertänderungen
gegenüber Störpegelwerten

•Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Erfassung kleiner Signaländerungen, wenn diese im Beisein von Störsignalen auftreten , insbesondere die Verstärkung solcher kleiner Signaländerungen, unabhängig von der Größe des durchschnittlichen Signalniveaus, gegenüber dem die Änderungen auftreten.

Es besteht häufig das Bedürfnis, geringfügige Signalniveauänderungen bei Anwesenheit von Rauschspannungen oder anderen Störspannungen feststellen zu können, und dies wird üblicherweise mit Hilfe spezieller Filterschaltungen oder ähnlicher, zur Reduzierung des Störpegels geeigneter Einrichtungen erreicht, so daß das zu erfassende Informationssignalniveau angehoben wird. Ein praktischer Anwendungsfall, bei dem dieses Problem auftritt, ergibt sich für Abbildungssysteme,bei denen verhältnismäßig geringfügige Änderungen bezüglich des Kontrastes in Bereichen einer durch einen Punkt-für-Punkt-Bildwandler abgetasteten Szene erfaßt werden sollen. Dabei kann sich die Notwendigkeit ergeben, verhältnismäßig schwache Information bezüglich einer Szene wiedergewinnen zu müssen, die sowohl hell als auch nur schwach beleuchtete Bereiche enthält. Ein Beispiel für eine solche Szene stellt ein Betrachtungsaueechnltt mit einem stark reflektierenden Vordergrund wie einem

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Telefon (O211) 32 08 5»

Telegramme Cuetopat

weißen Sandstrand und einem lichtabsorbierenden Hintergrund wie einem dunklen Waldgebiet dar, so daß sich offensichtlich ein starker Kontrast zwischen Vorder- und Hintergrund ergibt. Ein in dieser Szene befindlicher, speziell interessierender Gegenstand trägt seinerseits zu der Änderung der Intensität des Lichtes bei, das auf die Fotosensoren oder -zellen eines die Szene abtastenden Bildwandlers fällt. Von dem Hintergrund aus wird ein niedriger Lichtwert reflektiert, der Vordergrund reflektiert einen viel helleren Lichtwert, und der speziell interessierende Gegenstand reflektiert Licht mit einer zwischen diesen beiden Extremwerten liegenden Helligkeit. Abhängig von den Reflexionseigenschaften des interessierenden Gegenstandes können die von den Fotosensoren (die beispielsweise linear angeordnet sind)entsprechend dem von dem Gegenstand reflektierten Licht erzeugten Signale kleiner oder größer als die von dem Hintergrundbereich hervorgerufenen Signale sein (wobei in diesem Zusammenhang der Begriff "Hintergrund" sich sowohl auf den vorderen als auch den hinteren Bereich der Szene bezieht). Zwischen den Grenzfällen, daß ein Gegenstand stärker oder schwächer als seine gesamte Umgebung reflektiert, liegen eine Unzahl weiterer Möglichkeiten bezüglich der Reflexion bzw. Absorption einfallenden Lichtes.

In dm meisten Fällen praktischer Bedeutung sind die Reflexionen durch den interessierenden Gegenstand und die Umgebung einander etwa gleich, so daß die sich dabei ergebenden Unterschiede zwischen der Reflexion durch den Gegenstand einerseits und/ler Reflexion durch die Umgebung andererseits im allgemeinen ziemlich klein ausfallen. Unabhängig davon ist es jedoch leicht möglich, daß insgesamt dio Signalwertschwankungen, d. h. die Differenzen zwischen im Rahmen der Gesamtszene auftretendem Extremwerten, erheblich sind. Dies gilt insbesondere dort, wo die Boleuchtung der Szene sich über das gesamte Szenenbild ändert, also beispielsweise ein großer Bereich der Szene stark überschattet ist.

Normale Bildabtastverfahren erfordern eine Signalverarbeitung auf der Basis einer exponentiellen Verteilung der Signalwortintensitäten, wie sie beispielsweise durch die Grauskala festgelegt sind,

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für die eine Grauschattierung jeweils als der γ2-fache Wert der Intensität des nächstfolgenden Grauschattierungswertes definiert ist. Eine solche Folge von Grauschattierungswerten bildet die Basis für Blendenöffnungs-Begrenzungsanordnungen eines typischen Kameralinsensystems. Diese herkömmlichen Bildabtastsysteme erfordern zur Erzielung einer Grauschattierungsdifferenz größere absolute Differenzwerte, wenn eine hell erleuchtete Szene abgetastet wird, als für eine schwach oder zumindest nur wenig hell beleuchtete Szene.

Eine reihenartige Anordnung von Sensoren wie ein Sti'eifen mit fotoelektrischen Detektoren eignet sich durchaus, willkürlich kleine inkrementelle Informationssignaländerungen zu erfassen, aber herkömmliche Signal-Klassifizierungsverfahren gestattetes nicht, diese sehr kleinen Signalabweichungen von einem extremen Ende eines Wertebereiches bis zum anderen wiederzugewinnen. Wo von einer linearen Verarbeitung Gebrauch gemacht wird, ist es schwierig, eine Anzeige für extrem kleine Signale zu erhalten, die durch ein großes Stufensignal abgetrennt sind, und überdies ergeben sich Beschränkungen hinsichtlich des dynamischen Bereiches der Eingangswerte. Durch logarithmische Verarbeitung ist es möglich, die kleinen Signaländerungen des zu erfassenden Signalwertbereiches zu verstärken und einige der verhältnismäßig kleinen Änderungen,die dort auftreten können, anzuzeigen. Jedoch führt die übliche logarithmische Verarbeitung auch zu einer Verringerung der kleinen Abweichungen, die sich im übrigen Signalbereich ergeben können, weil der Unterschied zwischen den Signalwerten eine Funktion des Verhältnisses zwischen den entsprechenden Energieniveaus der Signale ist.

Eine weitere Möglichkeit für die Verarbeitung von Signalinformation, bei der über den gesamten Bereich sehr kleine Signaländerungen auftreten können, besteht darin, dem Ausgang der Sensoren ein Vorspannungs- oder Verschiebungssignal zu überlagern, mit dessen Hilfe ein neues zusammengesetztes Signal erzeugt wird. Dadurch erzeugen Signalwerte, die größer als der Vorspannungswert

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sind, einen positiven Ausgang, während unterhalb des Vorspannungswertes liegende Signalwerte einen negativen Ausgang erzeugen. Der Punkt, für den die beiden Signale gleich sind, entspricht einem Nullwert oder -niveau, so daß die um das Vorspannungsniveau herum liegenden interessierenden kleinen Signaländerungen entweder durch lineare oder logarithmische Verstärkung weiterverarbeitet werden können.

Eine solche Lösung hat sich zwar für die Anzeige sehr kleiner Signaländerungen bei einem bekannten, speziellen Signalwert als wirksam erwiesen, jedoch haftet ihr der Mangel an, daß sie sich nur für einen Bereich um den Vorspannungswert herum einsetzen läßt. So läßt sie sich nicht verwenden, um Änderungen, die bezüglich der beiden Extremwerte, d.h. für die besonders hohen bzw, besonders niedrigen Werte des Gesamtbereiches auftreten, zu erfassen oder aber den gesamten Niveaubereich zu überdecken.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist daher die Schaffung eines Signalerfassungssystems, mit dessen Hilfe kleine Abweichungen in einem informationshaltigen Signal verstärkt werden können und mit dessen Hilfe außerdem die Verstärkung von Informationssignaländerungen unabhängig von der kleinen Amplitude dieser Änderungen und unabhängig von dem mittleren Signalniveau, bei dem diese Änderungen auftreten, erfolgen kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine elektrische Schaltungsanordnung zur Vergrößerung kleiner Signalwertänderungen gegenüber Störpegelwerten erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine Anordnung von Sondenelementen, die auf sowohl aus Informationsais auch aus Störsignalen zusammengesetzte Energie ansprechen, zur Erzeugung von den jeweiligen Werten der auf die Sondenelemente einwirkenden Energie entsprechenden elektrischen Signalen, eine Einrichtung zur Erzeugung einer Zeitgeber-Impulsfolge, eine auf die Zeitgeber-Impulse ansprechende Einrichtung zur sequentiellen Austastung der von den Sondenelementen der Sondenanordnung erzeugten Signale, durch parallele, in Übereinstimmung

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mit den&eitgeber-Impulsen auf benachbarte, in der Folge auftretende Austastsignale ansprechende Kanäle zur Erfassung der Differenz zwischen den Niveaus der benachbarten Austastsignale, sowie durch eine auf die erfaßte Niveaudifferenz der Austastsignale ansprechende Einrichtung zur Umwandlung der Niveauänderungen in logarithraische Form und damit zur Verstärkung kleiner Signaländerungen gegenüber großen Signaländerungen»

Zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe ist weiter eine Schaltungsanordnung zum Ausfiltern von Information aus einer Impulsfolge erfindungsgemäß gekennzeichnet durch ein Paar Kanäle ™ für die parallele Aufnahme von in der Impulsfolge enthaltenen Impulsen, eine mit der zeitlichen Lage der Impulse der Impulsfolge synchronisierte Einrichtung für die abwehseInde selektive Schließung eines Stromkreises in jedem der Kanäle, so daß diese abwechselnd von den Impulsen der Impulsfolge passiert werden können, wobei jeder Kanal eine Einrichtung zur Erfassung von in einem zugeführten Impuls enthaltener Energie und zum Festhalten eines für diese Energie repräsentativen Signalwertes aufweist, durch eine auf die von der Erfassungs- und Festhalteeinrichtung in beiden Kanälen gespeicherten Signalwerte ansprechende Einrichtung zur Erfassung der Differenz zwischen den Werten in auf die zeitliche Lage der Impulse abgestimmten Intervallen, ä eine auf jede von der Erfassungseinrichtung ermittelte Wertedifferenz ansprechende Einrichtung zur Umwandlung der einzelnen Differenzwerte in einen entsprechenden logarithmischen Wert, sowie durch eine Einrichtung zur Akkumulierung der umgewandelten Werte entsprechend der zeitlichen Lage der Impulse als Anzeige für den Informationsgehalt der Impulsfolge.

Im einzelnen wird ein für einen erfaßten Parameter wie die Lichtintensität repräsentativer Signalwert einem Parallelschaltkreis zugeführt, der einen ersten Zweig mit einem linearen, verhältnismäßig breitbandigen Filter, dessen Bandbreite etwa von der Frequenz Null bis zu einer vorgewählten Signalaustastfrequenz reicht, sowie einen zweiten, zu dem ersten Zweig parallelen Zweig

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mit einem nichtlinearen Schmalbandfiltar aufweist, dessen Bandbreite um die Signalaustastfrequenz zentriert ist. Das Schmalbandfilter ist so gewählt, daß kleine Signaländerungen gegenüber großen Signaländerungen, die typischerweise nur in dem ersten Kanal auftreten, eine Verstärkung erfahren und daß dabei diese Verstärkung unabhängig von dem mittleren Signalniveau ist, bei dem die kleinen Signaländerungen auftreten können.

Die Verstärkung der kleinen Signalinformationswertänderungen wird durch Erfassung mittels einer Sondenanordnung erhalten. Die Sonden wandeln die erfaßte Energie wie etwa Licht in eine zur Verarbeitung geeignete Form, d.h. repräsentative elektrische Signale um. Die Signale werden sequentiell entsprechend einer vorbestimmten Folge für die Abtastung der Sondenanordnung ausgetastet und in parallelen Kanälen auf einer synchronisierten EIement-für-Element-Basls verarbeitet, um Abweichungen der Austastsignalwerte zu erfassen. Die erfaßten Abweichungen oder Änderungen werden in eine logarithmische Form umgewandelt, um die kleinen Signaländerungen von Element zu Element zu verstärken.

Entsprechend einem bevorzugten Ausführuiigsbeispiel der Erfindung werden die Ausgänge der Sondenelemente sequentiell in einer bestimmten zeitlichen Reihenfolge ausgetastet. Die Ausgangswerte benachbarter Sondenelemente werden einem Paar paralleler, abwechselnd aktivierter Kanäle zugeführt, in denen die Austastsignalwerte kumulativ für die durch eine vollständige Abs-tastung der Sondenelemente eingenommene Periode festgehalten werden, und die in den beiden Kanälen gespeicherten Werte werden am Ende jedes Austastintervalls mittels einer Differenzbildungsstufe verglichen. Der Wert der Differenz zwischen akkumulierten, von aufeinanderfolgenden Sondenelementen längs der linienförmigen Anordnung erhaltenen Austastsignalen wird in logarithmische Form umgewandelt, um die gewünschte Verstärkung der kleinen Signaländerungen zu unterstützen, und die lognrithmischen Differenzsignale werden dann über ein der Gesamt-Austastdauer für eine vollständige Abtastung der linienförmigen Sondenanordnung

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gleiches Intervall einer aufeinanderfolgenden Addition oder Integration unterworfen.

Dadurch werden die Austastsignalwerte der Gondenanordnung für die einzelnen Sondenelemente geprüft und der von einem bestimmten Sondenelement erhaltene Austastsignalwert mit dem Austastsignalwert des in der Sondenanordnung (beispielsweise ein Sondenstreifen) nächstfolgenden Elementes, außerdem die Werte für Gruppen abwechselnder Sondenelemente akkumulativ verglichen, so daß die kleinen Signalwertänderungen, die von Element zu Element auftreten, vergrößert werden, und zwar zum Teil, weil nach anfänglichem Prüfen g

einen %

und Vergleichen der Austastwerte die/akkumulierenden Kontrast zwischen dies3n Werten repräsentierenden Differenzsignale in logarithmische Form gebracht werden. Die logarithmischen Signalamplitudenänderungen sind von Natur aus für kleine Signaldifferenzen vial größer als für große Signaldifferenzen. Infolge der anschließenden Integration dieser logarithmischen Signalamplitudenänderungen ergibt sich eine weitere Verstärkung. Dabei erfolgt die Vergrößerung sehr kleiner absoluter Eingangssignalwertänderungen, bei annehmbarer Verzerrung der Signalmodulation, über den gesamten dynamischen Bereich der Sonden.

Die Erfindung wird nachstehend zusammen mit weiteren Merkmalen anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der züge- ^

hörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung für den Einsatz in einem BiIdabtastsystem zur Verstärkung des Bildkontrastes; und

Fig. 2 eine Schar von Kurven, die den zeitlichen Verlauf von an verschiedenen Punkten der Schaltungsanordnung der Fig. 3 auftretenden Potentialen wiedergeben.

Im einzelnen zeigt Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zur Vergrößerung

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des Bildkontrastes in einem Festkörper-Bildabtastsystem, mit einer Sondenanordnung 10, die eine lineare Aneinanderreihung (beispielsweise in Form eines Streifens) von Fotozellen oder -sonden aufweisen kann, die jeweils mit dem Licht einer beobachteten Lichtquelle beaufschlagt werden. Die Fotosonden oder -zellen arbeiten fotoelektrisch und liefern elektrische Signale, die .44* jeweils von den entsprechenden Werten des einfallenden Lichtes abhängig sind, und zwar gibt jedes Sondenelement sein Ausgangssignal über eine ihm zugeordnete gesonderte, diskrete Ausgangsleitung ab. Entsprechend der vorliegenden Erfindung werden diese Ausgangssignale zur weiteren Verarbeitung in eine einzelne Leitung 13a kommutiert oder gemultiplext« Dazu ist ein Kommutator 13 vorgesehen, der die einzelnen Ausgangsleitungen sequentiell für ein bestimmtes Zeitintervall mit der Leitung 13a verbindet, so daß die Leitung 13a ein serielles zeitgeteiltes Signal führt, das sequentielle Austastwerte von durch die Gesamtheit der Sondenelemente der Sondenanordnung für eine kompletten Abtastzyklus erzeugten Signalen erhält.

Die Kurve A der Fig. 2 veranschlaulicht ein typisches Beispiel für die gemultiplexten ausgetasteten Ausgangssignale der Sondenanordnung 10. Die in der Reihenfolge 1-7 erscheinenden gesonderten Impulse repräsentieren ausgetastete Signale entsprechend den für die verschiedenen Ausgangsleitungen der Sondenanordnung in der Eiihenfolge der Abtastung durch den Kommutator 13 abgegriffenen Austastsignale, wie sie von der Leitung 13a geführt werden. Vorzugsweise gelangt das Ausgangssignal des Kommutators 13 vor seiner weiteren Verarbeitung zu einer geeigneten Zwischenverstärkerstufe (nicht dargestellt), wobei die Notwendigkeit des Einsatzes p& einer solchen Stufe naturgemäß jedoch von der Größe der von den Sondenelementen abgegebenen Ausgangssignale, von der Fähigkeit des Kommutators, scharfe, einwandfreie definierte Austastimpulse an die Leitung 13a zu liefern, sowie von der Widerstandsanpassung zwischen dem Ausgang des Kommutators und dem Eingang der nachfolgenden Schaltelemente abhängt,

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Das Multiplex-Signal entsprechend der Kurve A der Fig. 2 beaufschlagt zwei parallelgeschaltete Kanäle 15 und 16, die jeweils einen Austast- und Haltekreis 21 bzw. 22 enthalten» Der erste Kanal 15 hat einen normalerweise geöffneten Schalter 17, nach dessen Schließung das eintreffende Signal zu dem Austast- und Haltekreis 21 gelangen kann. Der zweite Kanal 16 weist entsprechend einen normalerweise geöffneten Schalter 18 auf, nach dessen Schließung das eintreffende Signal den Austast- und Haltekreis 22 speist. In Verbindung mit der erfindungsgemäß vorgesehenen Verarbeitung des Signals werden die Scäjhlter 17 und 18 abwechselnd geöffnet und geschlossen, so daß der Schalter 17 jewells geöffnet ist, wenn der Schalter 18 sich im geschlossenen Zustand befindet, und umgekehrt. Eine geeignete Steuerung der Schalter 17 und 18 kann mittels eines Flipflops 20 erfolgen, das mit dem Kommutator 13 durch seinen Anschluß an einen Taktgeber 14 synchronisiert ist, der auch zur Betätigung des Kommutators 13 dient. Die Schalter 17 und 18 sind hier aus Gründen der Einfachheit der Darstellung als mechanische Elemente wiedergegeben, jedoch kommt statt dessen ebenso gut der Einsatz elektromechanischer oder insbesondere elektronischer Schalter in Frage,

Infolge der synchronen Betätigung des Kommutators 13 einerseits und des Flipflops 20 andererseits gelangt der erste Impuls des Multiplex-Signals, d.h. der Ausgangsimpuls des innerhalb der Sondenanordnung 10 als erstes abgetasteten Sondenelementes über den Kanal 15 mit dem geschlossenen Schalter 17 zu dem Austast- und Haltekreis 21, wobei angenommen wird, daß das Flipflop 20 sich während dieses Intervalls dann in seinem ^ML"-Zustand befindet. Nach dem Auftreten des nächsten, als Triggerimpuls auf das Flipflop 20 einwirkenden Zeitgeberimpulses wird das Flipflop 20 in seinen "O"-Zustand geschaltet und gleichzeitig der Ausgang des zweiten Sondenelernentee über den Kommutator 13 an die Leitung 13a angeschlossen. Infolge der Änderung des Schaltzustandes des Flipflops 20 kehrt der Schalter 17 in seinen geöffneten Zustand zurück, während der Schalter 18 sich jetzt im geschlossenen Zustand befindet. Somit gelangt der zweite Austastimpuls der mit

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der Kurve A der Fig. 2 veranschaulichten Impulsfolge über den Kanal 16 mit dem dann geschlossenen Schalter 18 zu dem zweiten Austast- und Haltekreis 22,

Mit den Kurven B und C der Fig. 2 ist der Verlauf typischer Ausgangssignale der Austast- und Haltekreise 21 bzw. 22 wiedergegeben, wenn das Eingangssignal der Leitung 13a der Kurve A der Fig. 2 entspricht. Jeder der einem der beiden Austast- und Haltekreise 21 bzw. 22 zugeführten Impulse führt entweder zu einer Zunahme oder zu einer Abnahme des dann in dem betreffenden Austast- und Haltekreis akkumulierten Impulsniveaus, je nachdem, ob der eintreffende Impuls ein höheres oder ein niedrigeres Niveau als die zuletzt von den Austast- und Haltekreisen gespeicherten Werte haben.

Die Ausgänge der beiden Kreise 21 und 22 werden für jedes Austast-(takt)Intervall in einer Differenzbildungs- oder Subtrahierstufe 25 miteinander verglichen. Die Stufe 25 wird durch den Taktgeber 14 geschaltet und ist somit ebenfalls mit dem Kommutator 13 bzw. dem Flipflop 20 synchronisiert. Das am in Fig. 1 mit D bezeichneten Ausgang der Stufe 25 bei Verlauf der Eingangssignale entsprechend den Kurven B bzw. C auftretende Ausgangssignal ist mit der Kurve D der Fig. 2 dargestellt. Das resultierende Ausgangs-Differenzsignal speist einen logarithmischen Verstärker 30, so daß ein den Logarithmus der Differenz repräsentierendes Signal erhalten wird. Da jedoch das Differenzsignal negativ sein kann und negative Logarithmen Undefiniert sind, müssen negative Differenzsignale eine zusätzliche Behandlung erfahren, so daß auch durch sie bei Weiterverarbeitung Information gewonnen werden kann. Deshalb ist zwischen die Subtrahierstufe 25 und den logarithmischen Verstärker 30 eine Absolutwert-Stufe 27 geschaltet, die jeweils nur den absoluten Wert des von der Subtrahierstufe 25 eintreffenden Differenzsignals weitergibt, während die zugehörige Vorzeicheninformation gesondert ausgegeben wird, so daß sie zu einem späteren Zeitpunkt bei der Weiterverarbeitung des Signals berücksichtigt werden kann. Der

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logarithmische Verstärker 30 liefert für die veranschaulichten Eingangssignale als Ausgangssignal eine Impulsfolge entsprechend den Logarithmen der jeweils zugeführten Differenzsignale, wie das in Fig. 2 mit der Kurve E gezeigt ist.

Aufgrund dieser Umwandlung aus der linearen in die logarithmischen Form sind die Ausgangsniveaus des logarithmischen Verstf^äkers 30 für kleine Änderungen des Eingangssignals (d.h. des Ausgangssignals der Sondenelemente) in einem bestimmten Verhältnis größer als für große Änderungen des Eingangssignals. Die Ausgangs-Impulsfolge des Verstärkers 30 speist eine akkumulative Addierstufe 32, die dazu dient, die während eines vollständigen Abtastzyklus der Sondeneleraente der Anordnung 10 durch den Kommutator 13 aufgetretenen Ausgangsimpulse zu summieren. Zu diesem Zweck wird die Addierstufe 32 durch eine Reihe von dem Taktgeber 14 gelieferter "stroboskopischer" Impulse "stroboskopisch" betätigt. Wenn der Kommutator das Ende eines vollständigen Abtastzyklus erreicht hat, erhält die Addierstufe einen Rückstellimpuls. Die Addierstufe 32 erhält von der Absolutwert-Stufe 27 unmittelbar die zu einem Signal gehörige Vorzeicheninformation, so daß der Akkuraulationsvorgang entsprechend der richtigen Polarität des von dem Verstärker 30 eintreffenden Impulses erfolgen kann.

Der Wert, auf den der Ausgang der Addierstufe 32 bei Beendigung eines Abtastzyklus rückgestellt wird, ist so vorbestimmt, daß Faktoren wie der mittlere Szenen-Lichtwert, gewünschte Ausgangsspannung und andere maßgebliche Parameter berücksichtigt werden. Die Rückstellung der Addierstufe 32 für jede Abtastung einer Sondenelementzeile ist im Hinblick auf das Kontrastverstärkungsverfahren nach dieser Erfindung (das eine zulässige Verzerrung des Eingangssignals hervorruft, um ein gewünschtes modifiziertes Ausgangssignal zu erhalten) notwendig, um einen beliebig vorgewählten Dereich des Ausgangssignalwertes aufrechtzuerhalten. Insbesondere würde ohne die Rückstellung kein Gesamtbezugs- oder "Null"-Niveau zu Beginn jeder Abtastung zur Verfügung stehen,

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sofern nicht durch Zufall die Summe der Zunahme-Ausgangswerte gerade gleich der Summe der Abnahme-Ausgangswerte sein sollte.

Das Niveau des Ausgangssignals der Addierstufe 32 ändert sich von Impuls zu Impuls (bzw. von Sondenelement zv Sondenelement), wobei der Wert dieser Änderung für kleine Signaländerungen in einem bestimmten Verhältnis größer als für große Signaländerungen ist, und zwar unabhängig davon, ob die kleine Signaländerung bei hohem Signal- oder aber niedrigem Signalmittelwert eintritt. Ein typischer Verlauf des Ausgangssignals der Addierstufe 32 bei Zufuhr eines der Kurve E entsprechenden Eingangssignals ist in Fig. 2 mit der Kurve F dargestellt. Dieses Ausgangssignal wird durch ein Kodierglied 35 jeweils auf das Signalniveau Null zurückgebracht, wie/das mit der Kurve G der Fig. 2 gezeigt ist. Das Kodierglied 35 ist mit dem Kommutator 13, dem Flipflop 20 der Subtrahierstufe 25 und der Addierstufe 32 über die von dem Taktgeber 14 abgegelx-enen Zeitgeberimpulse synchronisiert. Das Ausgangssignal des Kodiergliedes 35 kann zur optischen Wiedergabe oder zur weiteren Verarbeitung verwendet werden.

Kleine Signalwertänderungen erfahren durch die erfindungsgemäße Signalverarbeitung eine größere Verstärkung als in Verbindung mit bisher eingesetzten bekannten Verfahren. Das kann dazu führen, daß auch sonstige \nderungen der Signaldetektorkennwerte eine ähnliche Verstärkung erfahren, jedoch wurden solche Änderungen bei entsprechenden Verfahren nach dem Stand der Technik nur deswegen nicht immer sichtbar, weil diese Änderungen dazu neigten, durch die Betriebsart überdeckt zu werden, die die kleinen von den Sonden erfaßten Signaländerungen unterdrückte. Auf jeden Fall läßt sich dieser Schwierigkeit mit Sicherheit begegnen, indem einfach bei der Auswahl der Sensoren sorgfältig vorgegangen wird, so daß die physikalischen Eigenschaften und das Ansprechverhalten der Sondenelemente aufeinander abgestimmt sind, für eine übereinstimmende Vorspannung der Sondenelemente gesorgt und die Sondenelemente so angebracht werden, daß lediglich durch Umgebungseinflüsse hervorgerufene Untoschiedlichkeiten

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gering bleiben.

Es ist für die Erfindung nicht wesentlich, daß eine streifenförmige Sondenanordnung oder eine sonstige Sondenanordnung verwendet wird. Vielmehr ist die Erfindung auch bei XY-BiIdabtastverfahren, bei denen durch einen Elektronenstrahl abgelesene Sonden oder Festkörpersonden Verwendung finden, sowie bei Verfahren wie die Verarbeitung von Impulsfolgen für Radarsysteme oder andere Systeme, für die die Eingangsinformation in der Form von Impulsfolgen zur Verfügung steht, einsetzbar, %

Die Verstärkung der kleinen Signaländerungen stellt eine Form der Korrelation zweier Signale dar. Das erste dieser Signale ist das Ausgangssignal jedes zweiten Sondenelementes (beispielsweise 1, 3, 5 .... etc.) in einer linienförraigen Sondenelementanordnung. Das erste Signal könnte statt dessen jedoch eine Impulsfolge von einer einzelnen Quelle sein, die in einem vorgewählten Verhältnis zu einer anderen Impulsfolge steht, die ihrerseits von einer ähnlich gearteten Quelle mit dem gleichen oder im wesentlichen dem gleichen Signalerfassungs- oder Signalerzeugungsverhalten wie die erste Quelle stammt,Das zweite Signal entspricht der letztgenannten Impulsfolge und stammt/von g den übrigen Sondenelementen der Sondenanordnung, Ziel einer solchen Signalverarbeitung ist es dann zu bestimmen, bis zu welchem Grad die beiden Signale gleich oder ähnlich sind. Entsprechend der vorliegenden Erfindung werden geringe Änderungen des Signalniveaus verstärkt und dadurch die darin enthaltene Information leichter abgeleitet, indem Energie von den beiden Signalen ausgetastet und in gesonderten Speichern gespeichert, die gesondert akkumulierten Werte ,während jedes Austastintervalls verglichen, eine logarithmische Wiedergabe der laufenden Differenz - soweit vorhanden - zwischen den beiden Signalen erzeugt, die logarithmischen Änderungen mit der Austastfrequenz summiert und schließlich die aufsummierten Werte je nach der Art der beispielsweise optischen Wiedergabe oder der an schließend In Verbindung mit einen bekannten Bezugsniveau

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durchzuführenden Weiterverarbeitung in eine gewünschte Form umgewandelt werden. Wie erwähnt, ist es nicht wesentlich, daß eine Vielzahl von Sonden benutzt wird, da die beiden Impulsfolgen offensichtlich auch von zwei (oder möglicherweise sogar nur einem) Detektor abgegeben werden können und der wesentliche Gesichtspunkt vielmehr darin zu sehen ist, daß die beiden Impulsfolgen in einer bekannten oder bestimmbaren zeitlichen Relation zueinander stehen und von einem gemeinsamen räumlichen Bereich oder einer gemeinsamen räumlichen Quelle (wie eine einzige Szene oder ein einziges Bild) stammen.

Patentansprüche:

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Claims

- 15 Patentansprüche :

lj Elektrische Schaltungsanordnung zur Vergrößerung kleiner Signalwertänderungen gegenüber Störpegelwerten, gekennzeichnet durch eine Anordnung von Sondenelementen,die auf sowohl aus Informations- als auch aus Störsignalen zusammengesetzte Energie ansprechen, zur Erzeugung von den jeweiligen Weiten der auf die Sondenelemente einwirkenden Energie entsprechenden elektrischen Signalen, eine Einrichtung zur Erzeugung einer Zeitgeber-Impulsfolge, eine auf die Zeitgeber-Impulse ansprechende Einrichtung zur sequentiellen Austastung der von f den Sondenelementen der Sondenanordnung erzeugten Signale, parallele, in Übereinstimmung mit den Zeitgeber-Impulsen auf benachbarte, in der Folge auftretende Austastsignale ansprechende Kanäle zur Erfassung der Differenz zwischen den Niveaus der benachbarten Austastsignale, sowie durch eine auf die erfaßte Niveaudifferenz der Austastsignale ansprechende Einrichtung zur Umwandlung der Niveauänderungen in logarithmische Form und damit zur Verstärkung kleiner Signaländerungen gegenüber großen Signaländerungen.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dio parallelen Kanäle einen ersten Kanal (15) und einen parallel dazu geschalteten zweiten Kanal (16) aufweisen, die ™ jeweils eine Einrichtung zum Festhalten des Niveaus eines zugeführten Austastsignals vom Zeitpunkt der Zufuhr dieses Austastsignals bis zum Zeitpunkt der Zufuhr des nachfolgenden Austastsignals sowie eine Schalteinrichtung zur selektiven Zufuhr von AustastSignalen zu der Einrichtung zum Festhalten umfassen, und daß der erste und der zweite Kanal (15, 3 6) an eine auf die Zeitgeber-Impulse ansprechende Einrichtung zur abwechselnden Aktivierung der Schalteinrichtung in den beiden Kanälen (15, 16) angekoppelt sind, so daß die Austastsignale der Impulsfolge abwechselnd an die Festhalteeinrichiungen der beiden Kanäle geliefert werden,

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3„ Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die parallelen Kanäle ferner eine auf die in den Festhalteeinrichtungen der beiden Kanäle während der einzelnen Intervalle ansprechende Einrichtung zur Bildung der dazwischen auftretenden Differenz als Maß für die Änderungen der Niveaus aufweisen.
4, Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Umwandlung der Niveauänderungen in logarithmische Form eine auf die Differenz der Niveaus während der einzelnen Intervalle ansprechende Einrichtung für die Bildung des absoluten Wertes dieser Differenz einerseits und des Vorzeichens dieser Differenz andererseits sowie einen auf den absoluten Wert ansprechenden logarithmischen Verstärker (30) für die logarithmische Verstärkung des absoluten Wertes aufweist.
5, Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine auf die aufeinanderfolgenden Signale entsprechend den logarithmischen absoluten Werten der Niveaudifferenzen ansprechende Einrichtung zur Summierung der Absolutwert im Einklang mil dem jeweils zugehörigen Vorzeichen der entsprechenden Differenzwerte sowie durch eine auf die Summiorung der aufeinanderfolgenden logarithmischen Signale in mit den Zeitgeber-Impulsen übereinstimmenden Intervallen ansprechende Einrichtung, um die aufsummierten Werte zu diesen Intorvallzeiten zu einem vorgegebenen Bezugswert in Beziehung zu setzen.
6, Schaltungsanordnung zum Ausfiltern von Information aus einer Impulsfolge, insbesondere nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 5, gekennzeichnet durch ein Paar Kanäle für die parallele Aufnahme von in der Impulsfolge enthaltenen Impulsen, eine mit der zeitlichen Lage der Impulse der Impulsfolge synchronisierte Einrichtung für die abwechselnde selektive Schließung oinos Stromkreises in jedem der Kanäle, so daß diese abwechselnd von den Impulsen der Impulsfolge passiert wer-(I <mi Können, wolx-i jeder Kanal eine- Einrichtung zur Erfassung

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von in einem zugeführten Impuls enthaltener Energie und zum Festhalten eines für diese Energie repräsentativen Signalwertes aufweist, durch eine auf die von der Erfassungs- und Festhalteeinrichtung in beiden Kanälen gespeicherten Signalwerte ansprechende Einrichtung zur Erfassung der Differenz zwischen den Werten in auf die zeitliche Lage der Impulse abgestimmten Intervallen, eine auf jede von der Erfassungseinrichtung ermittelte Wertedifferenz ansprechende Einrichtung zur Umwandlung der einzelnen Differenzwerte in einen entsprechenden logarithmischen Wert, sowie durch eine Einrichtung zur Akkumulierung der umgewandelten Werte entsprechend der ™ zeitlichen Lage der Impulse als Anzeige für den Informationsgehalt der Impulsfolge.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung für die selektive Schließung eines Stromkreises die Strompfade in einem Paar Kanäle so schließt, daß in Übereinstimmung mit der Reihenfolge, in der die Impulse in der Impulsfolge auftreten, ein erster Impuls der Impulsfolge zu dem einen Kanal des Kanalpaares und der nächstfolgende Impuls zu dem anderen Kanal des Kanalpaares gelangt und dementsprechend abwechselnd Impulse der Impulsfolge zu der Festhalteeinrichtung des einen Kanals bzw. zu der Festhalteein- ä richtung des anderen Kanals gelangen.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Akkumulierung eine Einrichtung zur Addition der von der Einrichtung zur Umwandlung der Differenzwerto erzeugten logarithmischen Signale zu der zeitlichen L;<ge der Impulse entsprechenden Ze it Intervallen sowie eine Einrichtung aufweist, um die addierten loaügrithmischen Signale zu den Zeit Intervallen zu einem vorgegebenen Bezugswert in Beziehung zu setzen.
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