DE2614055A1

DE2614055A1 - Ueberwachungssystem

Info

Publication number: DE2614055A1
Application number: DE19762614055
Authority: DE
Inventors: William James Rowley Clark
Original assignee: Elliott Brothers London Ltd
Current assignee: Allard Way Holdings Ltd
Priority date: 1975-04-01
Filing date: 1976-04-01
Publication date: 1979-03-01
Also published as: FR2372438A1; SE414697B; US4246480A; IT1058912B; NL178821C; GB1503762A; SE7603835L; FR2372438B1; DE2614055C2; NL7603241A; CA1079394A

Description

PATENTANWÄLTE

MANITZ, FINSTERWALD & GRÄMKOW

„y„ 29UQ55

München, den 31. März 1976 P/Sv-G 15

ELLIOTT BSOTSERS (LOITOOIf) LIMI(TED Marconi House, New Street, Ghelmsford,

^ England

tJberwachungssystem

Die Erfindung betrifft ein tlberwachungssystem und insbesondere ein überwachungssystem, bei dem Infrarot-Detektoren verwendet werden.

Die britische Patentanmeldung 12072/75 betrifft ein Überwachung ssystem dieser Art und in seiner bevorzugten Ausführungsform eine Überwachungsanordnung mit einem fernsehsystem einschließlich einer Fernsehkamera-Einrichtung zum Betrachten einer Szene, einer Eernseh-Bildschirmanordnung zur Darstellung der durch die lernsehkamera-Einrichtungen betrachteten Szene und einer Anordnung von einzelnen Infrarot-Detektoren, die mit ihrem Blickfeld so in den Raum gerichtet sind, daß sie das gleiche Gesichtsfeld in einer Ebene bezüglich eines gewünschten Zielbereichs wie das Fernsehsystem besitzen, wobei diese Infrarot-Detektoren so angeordnet und ausgebildet sind, daß sie für die Anzeigeanordnung Aufhell-Signale liefern, um wärmeemittierende Zfele in der betrachteten Szene im Zielbereich herauszuheben.

OR. G. MANITZ · DIPL.-ING. M. FiNSTEBWALD D I P L. - I N G. W. GRÄMKOW ZENTRALKASSE BAYEP,

8MONCHENSa₁ROBEHT-KOCH-STRASSEI 7 STUTTGART 50 (BAD CANNSTATTi MÖNCHEN. ROMTO-IiUVMEE 7S?O

TEL. (089) 22 42 II, TELEX 5-29672 PATMF SEELBERGSTR.23/25. TEL.C07U>S6 72 6! POSTSCHECK: MÖNCHEN 77052 - SOO

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Unabhängig davon, ob der Infrarotteil eines Systems mit einer Fernsehbilddarstellung in der vorstehend beschriebenen Weise kombiniert oder alleine verwendet wird, um eine Infrarotanzeige bzw. -aufzeichnung zu schaffen, ist er häufig für den Teil des Gesichtsfeldes, der von jedem Infrarot-Detektor gesehen wird, so angeordnet, dai: zumindest die Querrichtung der Querabmessung eines interessierenden Zieles im Zielbereich entspricht. In der erwähnten britischen Anmeldung wird beispielsweise auf die Korrespondenz zwischen dem Teil des von jedem Element gesehenen Gesichtsfeldes und der betrachteten Größe eines Kampfpanzers im Zielbereich Bezug genommen.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Überwachungssystems mit Infrarot-Detektoren, bei dem zwischen Zielen unterschiedlich gesehener Größe im Zielbereich ein Discriminations- bzw. Unterscheidungsgrad geschaffen ist.

Gemäß der Erfindung umfaßt ein "Überwachungssystem eine Anzahl von Infrarot-Detektoren in einer Anordnung, bei der jeder einen verschiedenen Teil eines Gesichtsfeldes sieht, wobei im Ausgangspfad eines jeden Infrarot-Detektors ein Schwellwertdetektor vorgesehen ist und jeder Schwellwertdetektor so ausgebildet wird, daß er einen Schwellwertpegel besitzt, der abhängig ist von den Ausgangssxgnalpegeln angrenzender bzw. benachbarter Detektoren in dieser Anordnung.

Vorzugsweise sind die Infrarot-Detektoren in geradliniger Reihe angebracht und so ausgerichtet, daß sie aneinandergrenzende Bereiche des Gesichtsfeldes sehen, wobei in diesem Falle vorzugsweise der Schwellwertpegel eines Schwellwertdetektors im Ausgangspfad eines gegebenen Infrarot-

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Detektors durch, die Ausgangssignalpegel von Infrarot-Detektoren bestimmt wird, die beidseitig des gegebenen Detektors, aber nicht unmittelbar angrenzend an diesen Detektor angeordnet sind.

Normalerweise ist der Schwellwertpegel eines gegebenen Schwellwertdetektors so gewählt, daß er gleich dem mittleren Ausgangssignalpegel der Infrarot-Detektoren ist, die diesen Bchwellwertdetektor festlegen, zusätzlich - falls erforderlich - eines ergänzenden Schwellwertbetrags, um eine Unterscheidung gegenüber Rauschen oder anderen fehlerhaften Antwortsignalen zu ermöglichen, die einen Pegel unterhalb des Pegels besitzen, der normalerweise von einem interessierenden Ziel geliefert wird, wodurch dieser bestimmte Schwellwertd----tektor ein Aus-C"--;issignal von dem. Infrarot-Detektor, in dessen Ausrangspfad er angeordnet ist, nur dann weiterleiten wird, wenn dieses Ausgangssigns.l größer ist als der mittlere Ausgangssignalpegel der angrenzenden Infrarot-Detektoren, welche diesen Schwellwertpegel festlegen. In diesem Falle wird den Ausgangssignalen von den Infrarot-Detektoren, welche den Schwellwertpegel festlegen, gleiches Gewicht gegeben.

Vorzugsweise beträgt die Anzahl von Infrarot-Detektoren, die zur Festlegung bzw. Bestimmung des Schwellwertpegels eines gegebenen Schwellwertpegeldetektors verwendet werden, gleich vier, wobei zwei in der Anordnung auf einer Seite des Infrarot-Detektors gelegen sind, in dessen Ausgangspfad der gegebene Schwellwertpegeldetektor vorgesehen ist, während die zv/ei anderen auf der anderen Seite gelegen sind.

Vorzugsweise handelt es sich bei den Infrarot-Detektoren um pyroelektrisch^ Detektoren, beispielsweise vom TGS- oder

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PVFp-Typ, wobei in diesem Falle vorzugsweise Einrichtungen vorgesehen sind, um die auf die Detektoren treffende Strahlung abwechselnd zu unterbrechen, so daß die Ausgangsgröße eines jeden Detektors eine Trägerfrequenz umfaßt, die von der Unterbrecherfrequenz abhängig ist, und in der die gesuchten Signale als Modulation erscheinen. Der Ausgang eines jeden Detektors ist über e individuelle Impedanzübertrager-Einrichtungen, individuellen schmalen Bandpaßfiltereinrichtungen und individuellen Demodulationseinrichtungen zur Auswertung zugeführt, wobei in diesem Falle die Schwellwertdetektoren vorzugsweise in die Ausgangspfade bzw. Ausgangskreise der individuellen bzw. einzelnen Demodulationseinrichtungen geschaltet sind und zum Zweck der Festlegung der Schwellwertpegel der Schwellwertpegeldetektoren von den individuellen Demodulationseinrichtungen Ausgangssignale abgegriffen werden.

Die Erfindung kann insbesondere eingesetzt werden in einem Überwachungssystem, wie es durch einen oder mehrere der Ansprüche der britischen Anmeldung 12072/75 charakterisiert worden ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur dieser Zeichnung zeigt in Form eines Blockschaltbildes einen Teil eines Überitfachungssystems gemäß der Erfindung.

In der Zeichnung ist das in ein Flugzeug eingebaute Überiirachungssystem in entsprechender Weise wie in der britischen Anmeldung 12072/75 dargestellt, und für einander entsprechende Teile sind dabei die gleichen Bezugszeichen verwendet.

Im vorliegenden Falle sind nur die zur Verarbeitung der Infrarot-Signale erforderlichen Schaltkreise dargestellt.

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Der verbleibende Teil des Systems kann in entsprechender Weine ausgebildet sein, wie dies in I"ig. 1 der erwähnten britischen Anmeldung gezeigt ist.

Eine lineare Anordnung 5 aus 128 einzelnen Infrarot-Detektor-Elementen, von denen nur neun gezeigt und mit dem Bezugszeichen 5Ä t>is 5J bezeichnet sind, wird in der in der erwähnten britischen Anmeldung beschriebenen Weise in den Raum gerichtet bzw. abgebildet, so daß der Boden an einem gewünschten Zielbereich erfaßt wird. Jedes Element wird von einem pyroelectric chen Detektor vom TGS- oder PTOp-Typ gebildet.

Vor der Anordnung; 5 aus Infrarot-Detektoren befindet sich ein nicht dargestellter Strahlungsunterbrecher, der dazu dient, die ankommende und auf die Anordnung 5 aus Infrarot-Detektoren fallende Strahlung abwechselnd zu unterbrechen, so daß im Ausgang eines jeden Detektors ein Träger von 20 Hz erzeugt wird, der mit dem erwünschten Signal moduliert ist.

Die Ausgangsgröße eines jeden individuellen Infrarot-Detektors Fa bis FJ wird einem individuellen Impedanzwandler zugeführt, der jeweils mit 6A bis 6J bezeichnet ist. Jeder individuelle Impedanzwandler besteht aus einem ΙΈΤ, auf den ein Operationsverstärker folgt. Diese individuellen Impedanzwandler 6A bis 6J sind vorgesehen, um die hohe Impedanz der Detektoren zu überwinden und ein 1/f-Rauschen zu erzeugen, das das von den Detektoren selbst kommende Rauschen überdeckt.

Die Ausgangsgröße eines jeden Impedanzwandlers 6A bis 6J xvird einem individuellen angepaßten schmalen Bandpaßfilter zugeführt, das jeweils mit 7A bis 7J bezeichnet ist und von denen jedes auf die 20 Hz Trägerfrequenz zentriert bzw. eingemittet ist, um das 1/f-Rauschen nahe der Mull-Frequenz zu beseitigen.

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Die Ausgangsgröße eines jeden individuellen angepaßten engen Bandpaßfilters wird einem individuellen Demodulator zugeführt. Diese Demodulatoren besitzen die Bezugszeichen 8A bis 8J, wobei jeder dieser Demodulatoren die 20 Hz-Trägerfrequenz beseitigt.

Die Ausgangsgröße eines jeden individuellen Demodulators 8A bis 8J wird einem individuellen Schwellwertdetektor zugeführt. Diese Schwellwertdetektoren besitzen die Bezugszeichen 1OA bis 1OJ.

Soweit bisher beschrieben, ist die Schaltungsanordnung zur Verarbeitung der Infrarot-Signale ähnlich der in der bereits erwähnten britischen Anmeldung beschriebenen Anordnung, jedoch mit der Ausnahme, daß der Schwellwertpegel eines jeden der individuellen Schwellwertdetektoren 1OA bis 1OJ nicht fest eingestellt, sondern in der nachfolgend beschriebenen Weise variabel gestaltet ist.

Venn als Beispiel der Schwellwertdetektor 1OE im Ausgangskreis eines Infrarot-Detektors 5E betrachtet wird, so ist ein Summierkreis 16 vorgesehen, um die Ausgangssignale, die von den Demodulatoren 8B, 80, 8G, 8H abgeleitet sind, zu summieren. Mit anderen Worten, es werden Ausgangssignale summiert, die von benachbarten, aber nicht unmittelbar aneinandergrenzenden Infrarot-Detektox'en in der Anordnung zu beiden Seiten des Infrarot-Detektors 5E kommen. Der Ausgang des Summierkreises 16 ist mit einem Teiler 17 verbunden, der durch die Anzahl von Eingängen zum Summierkreis 16, in diesem Falle vier, dividiert. Auf diese Weise erscheint am Ausgang des Teilers 17 ein Signal, das den Mittelwert der Ausgangssignale von den Demodulatoren 8B, 80, 8G, 8H darstellt. Dieses Signal wird verwendet, um den Schwellwertpegel des Schwellwertdetektors 1OE zu setzen.

Zusätzlich ist ein Referenzsignal-Schaltkreis 18 zur "Schwellwertversetzung" vorgesehen, der einen zusätzlichen Betrag zu

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dem Schwellwert addiert, der durch den Mittelwert der Ausgangssignal e von den Demodulatoren 8B, 80, 8G-, 8H bereitgestellt wird, um eine Diskrimination bezüglich des Rauschens zu erreichen. In vielen Fällen ist es nicht erforderlich, eine

Schwellwertversetzung, wie sie durch den Schaltkreis 18 gevorzusehen,
währleistet wird,/und zwar dann, wenn an einem Punkt vor dem Abtasten zum Zwecke der Schwellwertfestlegung; die individuellen Signalkanäle bereits einem Schwellwertpegel zum Zweck der Hauschunterdrückung unterworfen sind. Der erreichte Effekt ist, daß nunmehr ein Ausgangssignal nur dann vom Schwellwertdetektor 1OE abgeleitet wird, wenn die durch einen Infrarot-Detektor 5E erzeugte Antwortgröße größer als das mittlere Antwortsignal ist, das durch Inüarot-Detektoren 5B, 50» 5^> 5H erzeugt wird. Wenn demgemäß angenommen wird, daß im Zielbereich ein interessierendes Ziel, wie z.B. ein Kampfpanzer, in seiner G-rö'ße dem Teil des Gesichtsfeldes entspricht, das von einem der Infrarot-Detektoren gesehen bzw. betrachtet wird, ein Antwortsignal vom Detektor 5E vom Schwellwertdetektor 10E durchgelassen wird, vorausgesetzt, daß der mittlere Signalpegel, der von den Detektoren 5B, 50, 5&> 5H abgeleitet ist, nicht derart ist, daß er ein Ziel von einer solchen zusammenhängenden Länge anzeigt, daß ausgeschlossen werden kann, daß es von einem Kampfpanzer kommt. Der Grund dafür, daß nicht Ausgangssignale von Infrarot-Detektoren 5ΰ und 5i" unmittelbar angrenzend an den Infrarot-Detektor 5E verwendet werden, besteht darin, daß das Ziel nicht ganz innerhalb des Bereichs des Gesichtsfeldes liegen kann, das vom Infrarot-Detektor 5E betrachtet wird, daß es sich aber beispielsweise teilweise in den Bereich des Gesichtsfeldes erstrecken könnte, der vom Infrarot-Detektor 5E gesehen wird, und teilweise in den Teil des Gesichtsfeldes, der von dem Infrarot-Detektor 5D oder 5F betrachtet wird.

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-X-

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Mir die verbleibenden Schwellwertdetektorkreise 1OA bis 1OJ sind ähnliche Summierkreise, jeweils mit 16A bis 16J bezeichnet, ähnliche Teilerkreise, jeweils mit 18Δ bis 18J bezeichnet und ähnliche Referenzkreise zur Sehwellwertversetzung, jeweils mit 18A bis 18J bezeichnet, vorgesehen. Um eine unnötige Verkomplizierung der Zeichnung zu vermeiden, ist nur der Üummierkreis 16D vollständig mit seinen Anschlüssen zu den Ausgängen der Demodulatoren SA, 8B, SF und 8G gezeichnet. Es ist jedoch ersichtlich, daß die verbleibenden oummierkreise so geschaltet sind, daß sie entsprechende Muster bzw. Zusammensetzungen von Eingangssignalen von den Ausgängen der einzelnen Demodulatoren erhalten. Der Summierkreis 16C erhält beispielsweise Signale vom Ausgang des Demodulators 8A, nämlich dem Demodulator für den Infrarot-Detektor, der den Detektor 5A in der Anordnung verarbeitet, sowie vom Ausgang des Demodulators 8E und dem Ausgang des Demodulator's 81?.

Der erste und die letzten drei Infrarot-Detektoren in der Reihe sind ausschließlich zu dem Zwecke vorhanden, den Schwellwertpegel bezüglich des vierten bis zum (ET - 3)ten Infrarot-Detektors zu schaffen.

- Patentansprüche -

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Leerseite

Claims

Patentansprüche 4 O 1 4 O 5 O

\ 1 .J TJberwachungssystem mit einer Anzahl von Infrarot-Detektoren ' - in einer Anordnung bzw. Reihurig, wobei jeder Detektor so angebracht ist, daß er einen verschiedenen Bereich eines Gesichtsfeldes betrachtet, gekennzeichnet durch einen Schweirwertdetektor (1OA bis 10J) im Ausgangspfad eines jeden Infrarotdetektors (5A bis 5J) ι wobei jeder Schwellwertdetektor (10E) so angeordnet bzw. ausgebildet ist, daß er einen Schwellwertpegel besitzt, der abhängig ist von den Ausgangssignalpegeln benachbarter Infrarot-Detektoren (5B, 50, 5F, 5G) in der Reihung (5).
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Infrarot-Detektoren (5H bis 5J) in- einer geradlinigen Reihung (5) angeordnet und so ausgerichtet sind, daß sie aneinandergrenzende Bereiche des Gesichtsfeldes betrachten.
3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwertpegel eines Schwellwertdetektors (10E) im Ausgangspfad eines gegebenen Infrarot-Detektors (5E) durch die Ausgangssignalpegel von Infrarot-Detektoren (5B, 5C> 5-B\ 5G-) festgelegt wird, die beidseitig des gegebenen Detektors (5E) aber nicht unmittelbar benachbart dazu angeordnet sind.
4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Schwellwertpegel eines gegebenen Schwellwertdetektors (10E) so gewählt ist, daß er gleich dem mittleren Ausgangssignalpegel der Infrarot-Detektoren (5B, 5G» 53?» 5G) ist, die ihn festlegen zusätzlich, falls erforderlich, eines ergänzenden Schwellwert-

ORIQJNAL INSPECTED

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- yx -ζ"

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betrags (18E) zur Unterscheidung gegenüber Häuschen oder anderen fehlerhaften Antwortsignalen, die einen Pegel besitzen, der unter dem normalerweise von einem interessierenden Ziel gelieferten Pegel liegt, wobei der gegebene Schwellwertdetektor (10E) ein Ausgangssignal vom Infrarot-Detektor (5E), in dessen Ausgangspfad er angeordnet ist, nur dann weiterleitet, wenn dieses Ausgangssignal größer als der mittlere Ausgangssignalpegel benachbarter Infrarot-Detektoren (5B, 5C, 5I¹J 5G) ist, welche den Schwellwertpegel festlegen.
5. System nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Anzahl von Infrarot-Detektoren (5B, 5C, 55¹, 5G), die dazu verwendet xverden, den Schwellwertpegel eines gegebenen Schwellwertpegeldetektors (5E) festzulegen, vier beträgt, wobei zwei Detektoren (5B, 5C) auf der einen Seite in der Heihung der Infrarot-Detektoren, in dessen Ausgangspfad der gegebene Schwellwert-Detektor (5E) vorgesehen ist, liegen, während die zwei anderen Detektoren (5£\ 5G-) auf der anderen Seite gelegen sind.
6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Infrarot-Detektoren aus pyroelektrischen Detektoren bestehen.
7· System nach Anspruch 6, dadurch gekennz eichn e t , daß Einrichtungen vorgesehen sind, um die auf die Detektoren fallende Strahlung abwechselnd zu unterbrechen, so daß das Ausgangssignal eines jeden Detektors eine Trägerfrequenz in Abhängigkeit von der Unterbrechungsfrequenz besitzt, auf dem das gesuchte Signal als Modulation erscheint, und daß der Ausgang eines jeden Detektors über individuelle Impedanzwandlereinrichtungen (6), individuelle schmale Bandpaßfilter-Einrichtungen (7) und individuelle Demodulationseinrichtungen (8) zur Weiterverarbeitung geführt ist.

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8. System nach An .Spruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Bchwellwertdetektoren (10) in die Ausgangspfade der individuellen Demodulationseinrichtungen (8) geschaltet sind und daß zum Zweck der Festlegung der Sclrwellwertpegel der Schwellwertpegeldetektoren (10) Ausgangssignale von den individuellen Der-iodulat ions einrichtungen (8) abgegriffen vier den.

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