DE2116470B2 - Verfahren zur Umsetzung eines IR-Bildes in ein sichtbares Bild mit funktional äquivalenter Anordnung der Aufnahme- und Wiedergabeseite (Optik) - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umsetzung eines Infrarot-Bildes in ein Bild im sichtbaren Spektralbereich, bei dem das IR-BiId über eine Eingangsoptik auf einen rotierenden Abtaster geworfen wird, der das zerlegte IR-BiId einer Detektor-Anordnung zuführt und das von der Detektor-Anordnung abgeleitete Video-Signal nach Verstärkung und ab einem bestimmten Pegel ein im sichtbaren Spektralbereich abstrahlendes Wiedergabeelement aufsteuert, dessen Information dabei über einen gleichen Abtaster ein durch eine Ausgangs-Optik beobachtbares Bild erzeugt Zur Erfindung gehören ferner verschiedene Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens.

Herkömmliche Bildgeräte gibt es nur für kartesische Koordinaten-Bildwiedergabe und auch dort nur bei Verwendung eines Reihen-Detektors für die Aufnahme und Multiplex-Einstrahl-Wiedergabe (Braunsches Rohr).

Der Gedanke, ein IR-BiId mit Hilfe eines Spiegel-Systems durch eine Fotozelle in Streifen abzutasten, war zur Zeit der Anmeldung bekannt. Hierbei sollte ein Schwingspiegel in zwei zu einander senkrechten Ebenen schwingen, wobei die eine Schwing-Bewegung das Abtasten in Längsrichtung der Streifen (Bildbreite), die andere den Übergang von einem Streifen zum nächsten bewirken sollte. Der zur Realisierung dieses Gedankens angegebene Spiegel-Antrieb ist indessen sehr kompliziert und wegen der mit hoher Frequenz zu bewegenden Massen praklisch unbrauchbar.

Es war weiterhin bekannt, den um zwei Achsen schwingenddn Spiegel durch einen rotierenden Polygonal-Spisgel zu ersetzen. Da der Polygonal-Spiegel nur die Abtastung in einer Richtung, z. B. der Bildbreite, übernehmen kann, mußte zum Zeilen-Versatz ein zusätzlicher Kippspiegel benutzt werden.

Man hatte auch schon erkannt, daß durch eine Kombination zwischen Aufnahme-Teil und Wiedergabe-Teil in Form eines unmittelbar gekuppelten Systems ein kompliziertes elektronisches Synchronisierungs-System vermieden werden kann. Ebenso war die Möglichkeit einer Synchronisierung durch Verwendung eines und desselben Bauteils sowohl für den Aufnahme-Strahlengang als auch für den Wiedergabe-Strahlengang bekannt. Eine praktisch brauchbare Realisierung der angegebenen technischen Erkenntnisse ist jedoch nicht bekanntgeworden.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteh; darin, ein Verfahren zu entwickeln, das durch geeignete optische und elektronische Anordnungen die Gewähr dafür bietet, daß das durch eine Eingangs-Optik aufgenommene IR-BiId so umgesetzt und wiedergabeseitig dargestellt wird, daß ein in jeder Beziehung deckungsgleiches Bild entsteht, dessen Helligkeits-Stufen den aufnahmeseitig dem IR-BiId zugeordneten Isothermen äquivalent sind.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Umsetzung eines Infrarot-Bildes in ein Bild im sichtbaren Spektralbereich, bei dem das IR-BiId über eine Eingangs-Optik auf einen rotierenden Abtaster geworfen wird, der das zerlegte IR-BiId einer Detektor-Anordnung zuführt und das von der Detektor-Anordnung abgeleitete Video-Signal nach Verstärkung und ab einem bestimmten Pegel ein im sichtbaren Spektralbereich abstrahlendes Wiedergabe-Element aufsteuert, dessen Information dabei über einen gleichen Abtaster ein durch eine Ausgangs-Optik beobachtbares Bild erzeugt, werden als Aufnahme- und Wiedergabe-Optik funktional äquivalente Optiken benutzt. Ferner erfolgt bei diesem Verfahren die Verstärkung des Video-Signals nach bestimmten, wählbaren mathematischen Funktionen und die pegelabhängige Schaltung spaltet den Signalweg in Teilwi:.. iuf.

Mit diesem Verfahren erhält man zwei deckungsgleiche Bilder, von denen das eine ein die Konturen und Farbkontraste wiedergebendes Bild darstellt, während das andere nur die Temperatur-Kontraste des Objekts

und seiner Umgebung wiedergil'· Beide Bilder können sowohl getrennt als auch über geeignete optische Schaltungen zusammen als Mischbild beobachtet werden. Das Verfahren eignet sich daher gut zur Enttarnung von Gegenständen oder Personen.

Solche aufnahme- wie wiedergabeseitig gleichartigen Systeme für kartesische sowie polare Bildraster können mit einer Spiegeloptik wie auch mit einer Lir.senoptik realisiert werden.

Weiterhin erstreckt sich die Erfindung auf Aufnahme- und Wiedergabe-Anordnungen, bestehend aus einer IR-seitig angeordneten Zellenreihe und entsprechend wiedergabeseitig einer oder mehrerer Lumineszenz Diodenreihen mit verschiedener Farbstrahlung — z. B. •Rot, Grün, Blau — um dann die Strahlungsdichte in einem bestimmten Farbkanal umzusetzen. Da

bzw. / ~ 7\

Leuchtdichte

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erreicht man eine bessere Auflösung nach der Leuchtdichte, denn er ergibt sich eine Farbwert-Abhängigkeit der Wiedergabe proportional der 4, Potenz der Strahler- bzw. Objekt-Temperatur, und wir sind in der Lage, auch mit nur einem IR-Detektor, dessen Empfindlichkeit z. B. bei 5 μπι liegt, verschiedene Objekttemperaturen in zugeordneten Farben darzustellen. JO

Anhand von Abbildungen soll nun durch mehrere Beispiele dargestellt und erläutert werden, wie das erfindungsgemäße Verfahren praktisch realisiert werden kann:

F i g. 1 — das kartesische Verfahren (Linsen-Optik)

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In dieser Abbildung ist der prinzipielle Aufbau des funktional-äquivalenten Verfahrens dargestellt.

Die Eingangs-Optik 1 hat ihre Abbildung unmittelbar in der Hinterkante des rotierenden Polygonal-Prismas 2 (Si), welches mit dem wiedergabeseitigen, aus Glas LasfYl bestehenden Polygonal-Prisma 7 starr gekoppelt ist.

Durch einen Apertur-Transformator 3 wird das IR-BiId auf den IR-Reihendetektor fokussiert, der aus Zellen-Elementen ohne, aber auch mit bis zu vielfachen Zeilenabstand bestehen kann.

Die von dem Reihendetektor aufgenommenen Wärme-Signale werden dann in elektrische umgewandelt, durchlaufen eine Verstärker-Kette — bestehend aus integrierten Schaltkreisen —, welche dann die identisch der aufnehmeseitigen Reihendetektoren aufgebauten Lumineszenzdiodenreihen ansteuern. Die Wiedergabe erfolgt über das fest gekoppelte P-Prisma 7 — mit der Aufnahme synchron und phasenstarr.

Unter Zuhilfenahme des rotierenden Polygons wird nun die Lumineszenz-Diodenreihe 5 über einen Transformator 6 als ganzes Bild in einen Kollimator 8 gebracht, durch welchen man mit Hilfe eines Fernrohrs 9 das aufgenommene IR-BiId als sichtbares Wärmebild betrachten kann.

F i g. 2 — das kartesische Verfahren

(Spiegel-Optik) ^

Ähnlich dem refraktiven Verfahren wird das Bild der Eingangs-Optik 1 zur Abtastung durch Rotation d< ; Spiegelrades 2 durch ri^-.-ri Aper Jr-Transformator 3 an dem Reihendetektor vorbeigeführt. Über elektronische Bausteine, die mit dem empfangenen Signal die Lumineszenz-Diodenreihe ansteuern — basierend auf dem funktional äquivalenten Aufbau von Aufnahme- und Wiedergabe-Teil — wird das Luftbild der Lumineszenz-Diodenreihe 5 durch den Apertur-Transformator 6 einem Kollimator 7 zugeleitet und in der Betrachtungs-Optik (Fernrohr) 8 wiedergegeben.

F i g. 3 — das polare Verfahren
(Spiegeloptik)

Bei dem kartesischen Verfahren ist die Aufnahme und die Wiedergabe gleichartig, d. h. die beiden Dachkant-Spiegel 2, 8 sitzen auf einer gemeinsamen Achse, wodurch gewährleistet wird, daß die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe voll erfüllt wird.

Durch das Objektiv 1 beaufschlagt das konvergente Strahlenbündel einen Dachkantspiegel 2, wobei während einer Umdrehung das Bild zweimal dreht, und gelangt dann über einen Umlenkspiegel 3 und den Apertur-Transformator 4 auf den Detektor 5. Die Wärmesignale werden wiederum in elektrische umgesetzt, welche dann über Verstärker die Lumineszenzdiodenreihe 6 ansteuern. Äquivalent der Aufnahmeseite wird — bedingt durch die Rotation des Dachkant-Spiegels 8 — die Lumineszenz-Diodenreihe 6 zu einem Bild geschrieben, das über einen Kollimator 7 durch ein Fernrohr 9 betrachtet werden kann.

Fi g. 4a — Dem Fernrohrbild unterschriebenes,
in ein Lumineszenz-Diodenbild umgesetztes IR-BiId

Hierbei dienen als Grundbausteine die in den Punkten i, 2 und 3 aufgezeichneten Beispiele einer IR-Bildaufnahme und Lumineszenz-Dioden-Bildwiedergabe, wobei das Lumineszenzdioden-Wärmebild einem Fernrohrbild so unterschrieben wird, daß es als HOT-SPOT-BiId in der zivilen oder militärischen Aufklärung Anwendung finden kann. Fig.4a zeigt den funktioneilen Aufbau der Skizze 3, nur mit dem Zusatz eines aufgesetzten Fernrohres 10, wobei unter Zuhilfenahme eines Umlenkspiegels 13 und eines dichroidischcn Spiegels bzw. eines Strahlenteiler-Würfels 14 das Wärmebild in das Fernrohrbild eingeblendet wird.

F i g. 4b — Fernrohrbild mit unterschriebenem
Lumineszenzdiodenbild ähnlich F i g. 4a

In manchen Fällen ist es erwünscht, das Lumineszenzdiodenbild im parallelen Strahlengang in das Fernrohrbild einzuspiegeln. Für diese Fälle gilt die Anordnung gemäß F i g. 4b.

F i g. 5 — Die elektronische Signal-Verarbeitung

Sollten die Helligkeitsstufen der wiedergabeseitig angeordneten Dioden äquivalent den aufnahmeseitig dem IR-BiId zugeordneten Isothermen erscheinen, so kann für die elektronische Verarbeitung die in Skizze 5 angegebene Schaltung benutzt werden. Zur Vereinfachung wird im folgenden nur der Signalfluß in einem Kanal des Reihendetektors beschrieben:

Das Detektorsignal ί/wird einer amplitudenempfindlichen Schaltung zugeleitet, die es ihrerseits, z. B. unterhalt eines bestimmten Pegels U2, einer grünen Lumineszenzdiode, und oberhalb eines Pegels U\ einer roten Lumineszenzdiode zuleitet. Beide Dioden werden wiedergabeseitig auf einem Bildpunkt abgebildet, wodurch dieser in Abhängigkeit des Signalpegels grün, rot oder auch in allen dazwischen liegenden Mischfarben erscheinen kann.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Umsetzung eines Infrarot-Bildes in ein Bild im sichtbaren Spektralbereich, bei dem das IR-BiId über eine Eingangsoptik (1) auf einen rotierenden Abtaster (2) geworfen wird, der das zerlegte IR-BiId einer Detektor-Anordnung (4) zuführt, und das von der Detektor-Anordnung abgeleitete Video-Signal nach Verstärkung und ab einem bestimmten Pegel ein im sichtbaren Spektralbereich abstrahlendes Wiedergabe-Element (5) aufsteuert, dessen Information dabei über einen gleichen Abtaster (7) ein durch eine Ausgangs-Optik beobachtbares Bild erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß als Aufnahme- und als Wiedergabe-Optik funktional äquivalente Optiken benutzt werden, daß die Verstärkung des Video-Signals nach bestimmten, wählbaren mathematischen Funktionen erfolgt und daß die pegelabhängige Schaltung den Signalweg in Teilwege aufspaltet.

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die funktional äquivalenten Optiken jeweils kartesische Optiken (Spiegel- oder Linsen-Optiken) sind, die ,=··■!' einer gemeinsamen, umlaufenden Welle bekUigt sind.

3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die funktional äquivalenten Optiken jeweils Dachkant- jo spiegel (2, 8, F i g. 3) sind, die auf einer gemeinsamen umlaufenden Welle befestigt sind.

4. Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens nach den Ansprüchen 1 oder 2, wobei zur Umwandlung des Video-Signals in das sichtbare Spektrum Lumineszenz-Dioden verwendet sind, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere parallel arbeitende Detektor-Wiedergabe-Kanäle vorgesehensind.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß einem Detektorelement der Aufnahmeseite zwei oder mehr Lumineszenz-Dioden verschiedener Farbwiedergabe auf der Wiedergabeseite zugeordnet sind, die von der pegelabhilngigen Schaltung über die Teilwege angesteuert sind.

6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedenen Detektorelemcnten auf der Aufnahmeseite Lumineszenz-Dioden unterschiedlicher Farbwiedergabe zugeordnet sind.

7. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2 oder 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das beobachtbare, wiedergegebene Bild mittels eines Umlenkspiegels (13, Fig.4a) und einer Strahlungsteiler-Optik (14) einem durch ein im sichtbaren Spektralbereich arbeitendes Fernglas (9) aufgenommenen Bild überlagert wird.