DE3418394C2 - Image recording and image processing methods and devices for video cameras carried in aircraft - Google Patents

Abstract

Dieses Bildaufnahmeverfahren ist zur Anwendung für in Fluggeräten mitgeführte Videokameras (3) bestimmt, die mit flächenhaft angeordneten, lichtempfindlichen Halbleiter-Bildsensoren (1) ausgestattet sind. Um die Abbildungsschärfe zu verbessern und den Einfluß der Bildexplosion zu verringern, ist vorgesehen, daß den Halbleiter-Bildsensoren (1) ein elektronischer Bildverstärker (2) mit einstellbarem Verstärkungsfaktor vorgeschaltet ist, welcher gepulst betrieben wird. Dadurch werden die Halbleiter-Bildsensoren (1) während einer Bildperiode jeweils nur kurzzeitig mit verstärkter Intensität belichtet. Ein für die so aufgenommenen Videobilder bestimmtes Bildverarbeitungsverfahren sieht vor, daß mit Hilfe von Bewegungssensoren (9) ständig Istdaten über die Bewegungen des Fluggerätes (11) gewonnen und zusammen mit den Videodaten an eine Auswertestation (10) übermittelt werden. Dort wird ein Vergleich der Istdaten mit entsprechenden Solldaten vorgenommen, und die Bilder werden hinsichtlich ihrer gegenseitigen Lage und Orientierung so korrigiert, daß eine Abweichung der zum Aufnahmezeitpunkt des jeweiligen Bildes gehörenden Ist- von den entsprechenden Solldaten kompensiert wird. Daraus resultiert eine zitterfreie Bildfolge.This image recording method is intended for use in video cameras (3) carried in aircraft, which are equipped with light-sensitive semiconductor image sensors (1) arranged over a large area. In order to improve the image sharpness and to reduce the influence of the image explosion, the semiconductor image sensors (1) are preceded by an electronic image intensifier (2) with an adjustable gain factor, which is operated in a pulsed manner. As a result, the semiconductor image sensors (1) are only briefly exposed with increased intensity during an image period. An image processing method intended for the video images recorded in this way provides that actual data on the movements of the aircraft (11) are continuously obtained with the aid of movement sensors (9) and transmitted together with the video data to an evaluation station (10). There the actual data is compared with the corresponding nominal data, and the images are corrected with regard to their mutual position and orientation in such a way that a deviation of the actual data from the corresponding nominal data at the time of recording the respective image is compensated for. This results in a tremor-free sequence of images.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bildaufnahmeverfahren fur in Fluggeräten mitgeführte Videokameras, die mit flächenhaft angeordneten, lichtempfindlichen Halbleiter-Bildsensoren ausgestattet sind, eine entsprechende BiId-•äufnahmevorrichtung, ein Büdverarbeitungsverfahren für die aufgenommenen Videobilder sowie eine entsprechende Bildverarbeitungsvorrichtung. The invention relates to an image recording method for video cameras carried in aircraft that use planar arranged, light-sensitive semiconductor image sensors are equipped, a corresponding image • recording device, an image processing method for the recorded video images and a corresponding image processing device.

In modernen Flugkörpern sind Videokameras eingebaut, mit deren Hilfe das überflogene Terrain beobachtet wird, um mögliche Ziele, wie beispielsweise Panzer, ausmachen zu können. Die mit Hilfe der Videokameras aufgenommenen Bilder werden zu einer Lenkanlage bzw. Auswertestation übertragen, etwa mit Hilfe eines mit dem Flugkörper verbundenen, während des Fluges sich abwickelnden, elektrisch leitenden Drahtes oder auch Lichtleiters, oder auf dem Funkwege. In der Lenkanlage werden die aufgenommenen Videobilder im allgemeinen auf einem Monitor sichtbar gemacht, und von dort aus werden auch Lenkkommandos an den Flugkörper rückübertrageru Taucht beispielsweise in dem im allgemeinen schräg nach vorn gerichteten Blickfeld der Videokamera des Flugkörpers ein Angriffsziel auf, so wird dieses auch auf dem Monitor sichtbar, so daß der Flugkörper mit Hilfe entsprechender Lenkkommandos in das Ziel gesteuert werden kann.Video cameras are built into modern missiles, with the help of which the overflown terrain is observed in order to identify possible targets, such as tanks, to be able to make out. The images recorded with the help of the video cameras become a steering system or evaluation station transmitted, for example with the help of a connected to the missile, during the flight unwinding, electrically conductive wire or light guide, or on the radio path. In the steering system the recorded video images are generally made visible on a monitor, and from there are also steering commands to the missile return transmission. For example, immersed in the im general obliquely forward field of view of the video camera of the missile an attack target, so this is also visible on the monitor, so that the missile with the help of appropriate steering commands can be controlled into the target.

Ein derartiges Flugkörper-Bildaufnahmesystem sollte so beschaffen sein, daß jederzeit einwandfreie, d. h. scharfe und zitterfreie Bilder geliefert werden, und zwar nach Möglichkeit bis in die ßandbtreiche des Bildformates hinein. In dieser Hinsicht waren die bisher verwendeten Systeme jedoch nicht befriedigend. Hier spielt einmal das Phänomen der Bildexplosion eine Rolle, und zum anderen die durch das Triebwerk sowie durch die ständigen Korrekturbewegungen der Flugkörperlenkanlage verursachten Vibrationen. Die Vibrationen führen dazu, daß aufeinanderfolgende Bilder beispielsweise bezüglich der Roll- oder Nickachse gegeneinander versetzt sind, so daß auf dem Monitor eine verwaschene Bildfolge entsteht. Unter Bildexplosion ist die Tatsache zu verstehen, daß nur der in der optischen Achse der Kamera liegende Bildteil relativ ruhig erscheint, während zum Bildrand hin die Bildelemente mit immer größerer scheinbarer Geschwindigkeit vorbeieilen. Dies hat zur Folge, daß die Bilder in den Randbereichen zunehmend verwaschen sind. Aus alledem ergibt sich als wünschenswert, Maßnahmen zu ergreifen, um die Bildqualität bei Flugkörper-Videokameras zu verbessern. Such a missile imaging system should be designed in such a way that flawless, i. H. sharp and tremor-free images are delivered, if possible up to the range of the image format into it. In this regard, however, the systems used heretofore have not been satisfactory. here On the one hand the phenomenon of the image explosion plays a role, and on the other hand that caused by the engine as well vibrations caused by the constant corrective movements of the missile guidance system. The vibrations result in successive images, for example with respect to the roll or pitch axis, against one another are offset so that a blurred sequence of images appears on the monitor. Under image explosion is to understand the fact that only the part of the image lying in the optical axis of the camera appears relatively calm, while towards the edge of the picture the picture elements rush past with ever greater apparent speed. As a result, the images are increasingly blurred in the edge areas. Result from all of this It has been found desirable to take steps to improve the image quality of missile video cameras.

Der Einsatz von Bildaufnahmeröhren in Flugkörper-Videokameras ist aus verschiedenen Gründen mit Nachteilen verbunden. Hier ist vor allem das sogenannte Blooming zu nennen, d. h. die Erscheinung, daß nach einmaligem Abtasten des Targets durch den Elektronenstrahl das Ladungsbild nicht gelöscht ist, so daß bei der Aufnahme von schnell bewegten Objekten im Bild Fahnen auftreten. Alle Bildaufnahmeröhren zeigen dieses Blooming in mehr oder weniger ausgeprägtem Ma-The use of image pickup tubes in missile video cameras is associated with various reasons Disadvantages associated. The so-called blooming should be mentioned here, i.e. H. the appearance that after one-time scanning of the target by the electron beam, the charge image is not erased, so that with the inclusion of fast moving objects in the picture flags occur. All image pick-up tubes show this Blooming to a greater or lesser extent

ße. Ein weiterer Nachteil der meisten Bildaufnahmeröhren besteht darin, daß die Lichtempfindlichkeit nicht mit Hilfe der Targetspannung geregelt werden kann. Eine derartige Regelungsmöglichkeit existiert lediglich beim Vidicon, bei welchem jedoch wiederum der Blooming-Effekt stark ausgeprägt ist Bei den meisten Bildaufnahmeröhren sind zur Regelung der Lichtempfindlichkeit besondere und aufwendige optische oder mechanische Regelungssysteme erforderlich. Die Regelbarkeit der Lichtempfindlichkeit ist jedoch ein entscheidendes Kriterium für die Bildqualität.ße. Another disadvantage of most picture pick-up tubes is that the photosensitivity cannot be controlled with the aid of the target voltage. One Such a control option only exists with the Vidicon, which in turn has the blooming effect is very pronounced with most image pick-up tubes are to regulate the light sensitivity special and complex optical or mechanical control systems are required. The controllability of the However, sensitivity to light is a crucial criterion for image quality.

Aus den genannten Gründen empfiehlt es sich, in Flugkörpern Videokameras zu verwenden, die nicht mit Bildaufnahmeröhren, sondern mit flächenhaft angeordneten Halbleiter-Bildseiisoren als lichtempfindliche Elemente ausgerüstet sind. Als solche Halbleker-Bildsensoren können beispielsweise CCD-Sensoren, d. h. ladungsgekoppelte Sensorelemente, verwendet werden. Derartige Halbleiter-Bildsensoren weisen vor allem hinsichtlich des Blooming-Effektes wesentliche Vorteile gegenüber den Bildaufnahmeröhren auf. Hinzu kommt eine gute Empfindlichkeit, ein relativ geringer Energieverbrauch, eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit sowie der Wegfall von Fokussier- und Ablenkelementen, und in Verbindung damit eine hohe Vibrationsfestigkeit. Allerdings sind auch derartige Halbleiter-Bildsensoren nicht ohne weiteres in ihrer Lichtempfindlichkeit durch ein externes Signal regelbar.For the reasons mentioned, it is advisable to use video cameras in missiles that are not equipped with Image pick-up tubes, but with planar semiconductor image sensors as light-sensitive elements are equipped. As such half-ker image sensors for example CCD sensors, i. H. charge coupled sensor elements can be used. Such Semiconductor image sensors have significant advantages over this, especially with regard to the blooming effect the image pickup tubes. In addition, there is good sensitivity, relatively low energy consumption, a high response speed as well as the elimination of focusing and deflection elements, and in This is combined with a high level of vibration resistance. However, such semiconductor image sensors are not either Its light sensitivity can be easily regulated by an external signal.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bildaufnahmeverfahren der eingangs genannten Art sowie eine zu dessen Durchführung dienende Bildaufnahmevorrichtung bereitzustellen, die es ermöglichen, unter Verwendung von Videokameras mit flächenhaft angeordneten Halbleiter-Bildsensoren in Fluggeräten bzw. Flugkörpern jederzeit scharfe Bilder herzustellen, bei denen vor allem der nachteilige Einfluß der Bildexplosion so weit wie möglich verringert ist. Außerdem soll es durch zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung möglich sein, durch Ausschaltung des Einflusses der Flugkörpervibrationen zitterfreie Bilder zu erzeugen.The invention is based on the object of an image recording method of the type mentioned at the beginning and an image recording device serving to carry it out provide that make it possible to use video cameras with two-dimensionally arranged Semiconductor image sensors in aircraft or missiles produce sharp images at all times which, above all, the adverse influence of the image explosion is reduced as much as possible. Besides, it should be possible by expedient further development of the invention, by eliminating the influence of the missile vibrations to generate tremor-free images.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bezüglich des Bildaufnahmeverfahrens dadurch gelöst, daß den Halbleiter-Bildsensoren ein elektronischer Bildverstärker mit einstellbarem Verstärkungsfaktor vorgeschaltet wird, der gepulst betrieben wird, so daß die Halbleiter-Bildsensoren während einer Bildperiode jeweils nur kurzzeitig mit verstärkter Intensität belichtet werden.This object is achieved according to the invention with respect to the image recording method in that the Semiconductor image sensors are preceded by an electronic image intensifier with an adjustable gain factor , which is operated in a pulsed manner, so that the semiconductor image sensors only during one image period briefly exposed with increased intensity.

Eine Bildaufnahmevorrichtung zur Durchführung dieses Bildaufnahmeverfahrens ist gekennzeichnet durch einen den Halbleiter-Bildsensoren optisch direkt vorgeschalteten, im gepulsten Betrieb einsetzbaren elektronischen Bildverstärker mit variierbarer Verstärkung. An image recording device for performing this image recording method is identified by an optically directly upstream of the semiconductor image sensors, which can be used in pulsed operation electronic image intensifier with variable gain.

Gemäß der Erfindung soll demnach dem Halbleiter-Bildsensorarray ein elektronischer Bildverstärker optisch vorgeschaltet sein, der im Pulsbetrieb einzusetzen ist, so daß er innerhalb einer Bildperiode nur für eine verhältnismäßig sehr kurze Zeit lichtdurchlässig ist. Gleichzeitig wird während dieser kurzen Belichtungszeit die durch das Objektiv einfallende Lichtintensität innerhalb des elektronischen Bildverstärkers erheblich verstärkt, wobei der Verstärkungsfaktor durch die Höhe der angelegten Spannung beliebig variierbar ist. Die erhebliche Verkürzung der Belichtungszeit gegenüber der gesamten Bildperiode, deren Dauer durch die Fernsehnorm bestimmt ist, wird daher durch die Verstärkung der Lichtintensität während der Belichtungszeit wettgemacht. Der elAtronische Bildverstärker kann beispielsweise eine Mikrokanalplatte enthalten, in deren Mikrokanälen pro einfallendem Elektron je nach angelegter Spannung eine mehr oder weniger starke Flektronenkaskade erzeugt wird. Es können auch anaere Typen von elektronischen Bildverstärkern verwendet werden, wobei es als durchgehendes Prinzip zu betrachten ist, daß die eingangsseitig vom Objektiv der Videokamera her einfallenden Photonen zunächst auf eine Fotokathode treffen und dort eine entsprechende Anzahl von Elektronen freisetzen. Diese Elektronen werden dann durch eine angelegte Hochspannung auf hohe Energien beschleunigt und ggfs. in einer Mikrokanalplatte vermehrt, so daß sie in der Lage sind, entweder beim Auftreffen auf einen Lumineszenzschirm dort jeweils eine große Anzahl von Photonen auszulösen oder beim Aufireffen auf das fotoempfindliche Halbleitermaterial eines Bildsensors dort eine große Anzahl von Ladungsträgern anzuregen. Bei Verwendung eines Limineszenzschirmes wird der ausgangsseilige Photonenstrom direkt dem auf den elektronischen Bildverstärker folgenden Sensorbauteil zugeführt. Wird die zur Verstärkung an den elektronischen Bikrverstärker angelegte Spannung gepulst eingesetzt, so ist der Bildverstärker nur während des kurzen Zeitraums dieser Spannungspulse lichtdurchlässig, ansonsten jedoch nicht.According to the invention, the semiconductor image sensor array an electronic image intensifier must be optically connected upstream, which can be used in pulse mode is, so that it is transparent to light only for a relatively very short time within an image period. At the same time, the light intensity falling through the lens is increased during this short exposure time is significantly amplified within the electronic image intensifier, the amplification factor being increased by the height the applied voltage can be varied as required. The significant shortening of the exposure time compared to the entire picture period, the duration of which is determined by the television standard, is therefore determined by the gain compensated for the light intensity during the exposure time. The electronic image intensifier can for example contain a microchannel plate in whose Microchannels per incident electron depending on the applied Tension is a more or less strong flexion cascade is produced. Other types of electronic image intensifiers can also be used It is to be regarded as a general principle that the input side of the lens of the video camera incident photons first hit a photocathode and there a corresponding number of electrons. These electrons are then turned on by an applied high voltage Energies accelerated and possibly increased in a microchannel plate so that they are able to either to trigger a large number of photons when hitting a luminescent screen or when the photosensitive semiconductor material of an image sensor is triggered, there is a large number of charge carriers to stimulate. If a liminescent screen is used, the photon stream on the output cord will be fed directly to the sensor component following the electronic image intensifier. Will the reinforcement applied to the electronic Bikr amplifier When pulsed voltage is used, the image intensifier is only active during the short period of these voltage pulses translucent, but otherwise not.

Die Erfindung ermöglicht es wegen der sehr kurzen Belichtungszeit und der gleichzeitigen hohen Intensitätsverstärkung, jederzeit scharfe, ausreichend lichtstarke und hinsichtlich der Bildhelligkeit regelbare Einze!- bilder zu erzeugen. Der mit der Anwendung von HaIb-Ieiter-Bildsensoren zunächst verbundene Nachteil der fehlenden Regelbarkeit der Lichtempfindlichkeit ist damit aufgehoben.The invention makes it possible because of the very short exposure time and the simultaneous high intensity gain, Sharp, sufficiently bright items with adjustable image brightness at all times! - to generate images. The one with the use of half-conductor image sensors The disadvantage of the lack of controllability of the light sensitivity is associated with it canceled.

Das erfindungsgemäße Bildaufnahmeverfahren kann zum Zwecke der Erzielung zitterfreier Bildfolgen durch ein Bildverarbeitungsverfahren ergänzt werden, welches sich dadurch auszeichnet, daß mit Hilfe von im Flugkörper angebrachten Bewegungssensoren ständig Istdaten über die Flugkörperbewegunpen gewonnen und zusammen mit den aus den aufgenommenen Bildern erzeugten Videodaten an eine Auswertestation übermittelt werden, daß dort ein Vergleich der Istdaten mit entsprechenden Solldaten vorgenommen wird und die Bilder hinsichtlich ihrer gegenseitigen Lage und Orientierung so korrigiert werden, daß eine Abweichung der zum Aufnahmezeitpunkt des jeweiligen Bildes gehörenden Ist- von den entsprechenden Solldaten kompensiert wird.
Jedem Einzelbild werden gemäß diesem Bildverarbeilungsverfahren demnach zum Aufnahmezeitpunkt gemessene Bewegungsdaten des Fluggerätes zugeordnet. Bei Abweichung dieser gemessenen Daten von den vorgegebenen Solldaten werden die an die Auswertestation übermittelten Einzelbilder dort dann so verschoben und/oder gedreht, als hätte das Fluggerät jederzeit seine Sollflugbahn, auch ohne Vibrationen, beibehalien, so daß eine zitterfreie Bildfolge resultiert. Äußerst empfindliche und schnell reagierende Bewegungssensoren stehen zur Verfügung, wobei beispielsweise Beschleumgungsaumehme;.-auf induktiver Basis oder unter Verwendung von Piezokristallen infrage kommen. So können auftretende Beschleunigungen in allen drei Achsrichtungen gemessen und verwertet werien.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des genannten Bildverarbeitungsverfahrens ist im wesentlichen gekennzeichnet durch im Fluggerät angeordnete Bewegungssensoren zur ständig wiederholten Ermittlung der Istdaten für die Bewegungen des Fluggerätes, eine dieThe image recording method according to the invention can be supplemented by an image processing method for the purpose of achieving jitter-free image sequences, which is characterized in that actual data about the missile movements are constantly obtained with the help of movement sensors installed in the missile and transmitted to an evaluation station together with the video data generated from the recorded images that there is a comparison of the actual data with corresponding nominal data and the images are corrected with regard to their mutual position and orientation so that a deviation of the actual data belonging to the recording time of the respective image is compensated for from the corresponding nominal data.
According to this image processing method, movement data of the aircraft measured at the time of recording are assigned to each individual image. If these measured data deviate from the specified target data, the individual images transmitted to the evaluation station are then shifted and / or rotated there as if the aircraft had maintained its target trajectory at all times, even without vibrations, so that a jitter-free image sequence results. Extremely sensitive and quickly reacting motion sensors are available, for example acceleration rates on an inductive basis or with the use of piezocrystals. Accelerations can be measured and evaluated in all three axis directions.
A device for carrying out the above-mentioned image processing method is essentially characterized by movement sensors arranged in the aircraft for continuously repeated determination of the actual data for the movements of the aircraft

Istdaten und die Videodaten vom Fluggerät zur Auswertestation übermittelnde Übertragungseinrichtung sowie eine in der Auswertestation vorhandene Vergleichseinheit zum Vergleich der empfangenen istdaten mit den Solldaten und einen in Abhängigkeit von der Soll-Ist-Datenabweichung die Bildkorrektur bewirkenden Koordinatenkorrekturrechner.Actual data and the video data from the aircraft to the evaluation station transmitting transmission device as well as a comparison unit present in the evaluation station to compare the received actual data with the target data and one depending on the Target / actual data deviation effect the image correction Coordinate correction calculator.

Das genannte Bildverarbeitungsverfahren kann dann zur Anwendung kommen, wenn im Fluggerät keine oder nicht ausreichende Vorkehrungen getroffen sind, um die Videokamera von unerwünschten Eigenbewegungen des Fluggerätes, etwa Vibrationen, zu entkoppeln. Sind derartige Einrichtungen im Flugkörper vorhanden und in ausreichendem Maße wirksam, so kann auf die Anwendung des erfindungsgemäßen Bildverarbeitungsverfahrens bzw. die entsprechende Vorrichtung verzichtet werden. Andererseits wird es durch diesen Teil der Erfindung ermöglicht, auf die unter Umständen aufwendigen Einrichtungen im Flugkörper zu verzichten, die die mechanische Entkopplung der Videokamera von den Störbewegungen des Flugkörpers zu bewirken haben. Damit verbleiben an apparativem Aufwand im Flugkörper lediglich die Bewegungssensoren. Die Bildkorrektur hinsichtlich der Störbewegungen erfolgt dann auf elektronischem Wege vorwiegend in der Auswertestation bzw. der Lenklage.The mentioned image processing method can be used if there are none in the aircraft or inadequate precautions are taken to keep the video camera from unwanted intrinsic movement of the aircraft, such as vibrations, to decouple. Are there such facilities in the missile? and sufficiently effective, it is possible to apply the image processing method according to the invention or the corresponding device can be dispensed with. On the other hand, it becomes through this one Part of the invention makes it possible to dispense with the possibly complex devices in the missile, to effect the mechanical decoupling of the video camera from the interfering movements of the missile to have. This leaves only the movement sensors in terms of equipment in the missile. The image correction with regard to the disruptive movements then takes place electronically primarily in the evaluation station or the steering position.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.Advantageous further developments of the invention can be found in the subclaims.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Abbildung in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild sowohl einer im Flugkörper angeordneten Bildaufnahmevorrichtung als auch einer zugehörigen, in der Auswertestation bzw. der Lenkanlage vorhandenen Biidverarbeitungsvorrichtung. In the following the invention is based on the figure explained in more detail in an exemplary embodiment. The single figure shows a block diagram of both an im Missile arranged image recording device as well as an associated, in the evaluation station or the steering system existing image processing device.

Ein Fluggerät bzw. Flugkörper Il ist durch eine gestrichelte Umrandung symbolisiert. Der Flugkörper führt eine Videokamera 3 mit, die als wesentliche Teile ein Objektiv 27, einen elektronischen Bildverstärker 2 sowie einen nachgeschalteten Baustein aufweist, der ein Array aus flächenhaft angeordneten Halbleiter-Bildsensoren 1 enthält. Weiterhin dargesiellt sind ein Fernsehnormgenerator 4, ein Impulsgenerator 5, eine Signal verknüpfungseinheit 7, ein Verstärker 8 sowie ein Datenmodulator 6. Der elektronische Bildverstärker weist eingangsseitig eine Fotokathode auf, der eine aus gebündelten Lichtleitern bestehende Faserplatte vorgeschaltet sein kann. Die vom Objektiv her einfallenden Photonen gelangen durch die im wesentlichen parallel zur optischen Achse orientierten Lichtleiter auf die Fotokathode und setzen dort Elektronen frei. Diese werden in einer nachfolgenden Vakuumzone durch eine angelegte Hochspannung beschleunigt, wobei die Hochspannung von dem Impulsgenerator 5 geliefert wird. Anschließend treffen die so auf hohe Energien beschleunigte Elektronen, ggfs. nach Durchlaufen einer abbildenden, elektronenoptischen Vorrichtung, entweder auf einen ausgangsseitigen Lumineszenzschirm mit nachgeordneten flächenhaften Halbleiter-Bildsensoren 1, vorzugsweise CCD-Sensoren, oder direkt auf diese. Die vom Impulsgenerator gelieferte Hochspannung tritt nur in Form kurzzeitiger Impulse auf, deren Dauer etwa im Bereich von Mikrosekunden oder wenigen Millisekunden liegt Demgegenüber beträgt die Dauer einer Bildperiode beispielsweise 40 msec, entsprechend einer gebräuchlichen Fernsehnorm. Während dieser Zeil bleibt die bei CCD-Sensoren als Ladungsverteilung gespeicherte Biidinformation ohne wesentliche Degenerationserscheinungen erhalten und kann wie üblich ausgelesen werden.An aircraft or missile II is symbolized by a dashed border. The missile carries a video camera 3 as essential parts a lens 27, an electronic image intensifier 2 and a downstream module that has a Contains array of two-dimensionally arranged semiconductor image sensors 1. A television standard generator is also shown 4, a pulse generator 5, a signal linking unit 7, an amplifier 8 and a data modulator 6. The electronic image intensifier has a photocathode on the input side, the one from bundled Light guides existing fiberboard can be connected upstream. The incident from the lens Photons reach the photocathode through the light guides, which are oriented essentially parallel to the optical axis and there release electrons. These are applied in a subsequent vacuum zone by a High voltage accelerates, the high voltage being supplied by the pulse generator 5. Then the electrons accelerated to high energies hit, if necessary after passing through an imaging, electron-optical device, either on an output-side luminescent screen with downstream Flat semiconductor image sensors 1, preferably CCD sensors, or directly onto them. the The high voltage supplied by the pulse generator only occurs in the form of short-term pulses, the duration of which is approximately Range of microseconds or a few milliseconds In contrast, the duration of an image period is 40 msec, for example, corresponding to a conventional one Television standard. During this line, the charge distribution stored in CCD sensors remains Image information without significant signs of degeneration and can be read out as usual.

Die ausgelesenen Bildsignale werden einem nachgeschalteten Verstärker 8 zugeführt und gelangen von dort zu einer Signalverknüpfungseinheit 7. In dieser werden die vom Fernsehnonngenerator 4 erzeugten Synchronisiersignale hinzugefügt, so daß am Ausgang der Signalverknüpfungseinheit 7 genormte Videosignale zur Verfügung stehen. Der Fernsehnormgenerator 4The image signals read out are fed to a downstream amplifier 8 and arrive from there there to a signal linking unit 7. In this, the generated by the Fernsehnonngenerator 4 are Synchronization signals added, so that at the output of the signal combination unit 7 standardized video signals be available. The television standard generator 4

ίο sorgt auch dafür, daß die Spannungspulse des Impulsgenerators mit der Auslesefrequenz synchronisiert sind. Die von der Signalverknüpfungseinheit 7 abgegebenen Videosignale gelangen zu einem Datenmodulator 6, welcher zur Codierung in einer für die Bildübertragung günstigen Weise dient, und an dessen Ausgang z. B. digitalisierte Videodaten zur Übertragung zur Verfügung stehen.ίο also ensures that the voltage pulses from the pulse generator are synchronized with the readout frequency. The output from the signal combination unit 7 Video signals arrive at a data modulator 6, which is used for coding in an image transmission serves a favorable way, and at the output z. B. digitized video data is available for transmission stand.

Die Übertragungsstrecke vom Flugkörper zu einer am Boden befindlichen Lenkanlage bzw. Auswertestation 10 ist durch eine gestrichelt dargestellte Übertragungseinrichtung 12 symbolisiert. Diese Übertragungseinrichtung 12 enthält sowohl im Flugkörper 11 als auch in der Auswertestation 10 angeordnete Komponenten, wie Sende- und Empfangseinrichtungen, sowie ggfs.The transmission path from the missile to a steering system or evaluation station located on the ground 10 is through a transmission device shown in dashed lines 12 symbolizes. This transmission device 12 contains both in the missile 11 and Components arranged in the evaluation station 10, such as transmitting and receiving devices and, if necessary,

elektrische oder Lichtleiterkabel zur leitungsgebundenen Übermittlung der vom Datenmodulator 6 stammenden Videodaten.electrical or fiber optic cables for wired Transmission of the video data originating from the data modulator 6.

Falls im Flugkörper 11 die Videokamera 3 nicht von den Storbewegungen entkoppelt ist, werden der Übertragungseinrichtung 12 noch Istdaten zugeleitet, die von Bewegungssensoren 9 stammen, welche Meßwerte für die Bewegungen des Flugkörpers U liefern.If in the missile 11 the video camera 3 is not from is decoupled from the disturbance movements, the transmission device 12 still fed actual data that come from motion sensors 9, which measured values for the movements of the missile U provide.

Die für die Erfindung wesentfichen Vorrichtungsteile in der Auswertestation 10 sind eine Vergleichseinrichtung 13, ein Koordinatenkorrekturrechner 14, ein Demodulator 15 sowie im allgemeinen ein Monitor 22. Durch eine Flugbahnsteuerungseinrichtung 29, welche beispielsweise von der am Monitor 22 den Flug des Flugkörpers 11 überwachenden Person betätigt wird, werden der Vergleichseinheit 13 Solldaten für die gewünschten Flugkörperbewegungen zugeführt. Diese Vergleichseinheit 13 erhält gleichzeitig die über die Übertragungseinrichtung 12 einlaufenden entsprechenden Istdaten der Flugkörperbewegung und bestimmtThe device parts essential for the invention In the evaluation station 10 are a comparison device 13, a coordinate correction computer 14, a demodulator 15 and generally a monitor 22. By a trajectory control device 29, which is operated, for example, by the person monitoring the flight of the missile 11 on the monitor 22, target data for the desired missile movements are supplied to the comparison unit 13. These Comparison unit 13 simultaneously receives the corresponding incoming via the transmission device 12 Actual data of the missile movement and determined

die Abweichungen von den Solldaten. Von der Übertragungseinrichtung 12 werden dem Demodulator 15 Videodaten gemäß der Aufeinanderfolge der aufgenommenen Bilder zugeführt. Im Demodulator 15 werden diese Daten in Bildpunktintensitäten und Bildpunktkoordinaten aufgespalten. Die Bildpunktintensitätsdaten werden vom Datenausgang 20 des Demodulators 15 dem Dateneingang 21 des Monitors 22 zugeführt. Zwischen die Adreßausgänge 16, 17 des Demodulators !5 sowie die Bildpunktadreßeingänge 23, 24 des Monitors 22 ist der Koordinatenkorrekturrechner 14 eingeschaltet, dessen Dateneingänge 18,19 die den x- bzw. y-Bildkoordinaten entsprechenden Daten von den zugeordneten Adreßausgängen 16,17 des Demodulators 15 erhalten. Die von der Vergleichseinrichtung 13 bereitgestellten, den Soll-Istwertabweichungen entsprechenden Daten werden dem Koordinatenkorrekturrechner 14 über weitere Eingänge 30, 31, 32 zugeführt. Der Koordinatenkorrekturrechner 14 korrigiert nach Maßgabe der SoU-Istwertdifferenzen die übermittelten BQdpunktkoordinaten in der Weise, daß an seinen Datenausgängen 25,26 eviL aufgetretene Lage- und Fiugbahnstörungen des Flugkörpers 11 korrigiert sind, d. h. die zur Bildstabilisierung auf dem Monitor 22 erforderlichen Bild-the deviations from the target data. From the transmission facility 12 are the demodulator 15 video data in accordance with the order of the recorded Images fed. In the demodulator 15, these data are converted into pixel intensities and pixel coordinates split up. The pixel intensity data are obtained from the data output 20 of the demodulator 15 the data input 21 of the monitor 22 is supplied. Between the address outputs 16, 17 of the demodulator! 5 as well as the pixel address inputs 23, 24 of the monitor 22, the coordinate correction computer 14 is switched on, its data inputs 18, 19 are the x and y image coordinates corresponding data from the assigned address outputs 16, 17 of the demodulator 15 received. The data provided by the comparison device 13 and corresponding to the target / actual value deviations are the coordinate correction computer 14 via further inputs 30, 31, 32 are supplied. The coordinate correction calculator 14 corrects the transmitted BQdpoint coordinates according to the SoU actual value differences in such a way that positional and flight path disturbances may have occurred at its data outputs 25, 26 of the missile 11 are corrected, d. H. those for image stabilization image required on monitor 22

punktkoordinatentransformationen (Translationen und Rotationen) entsprechend den festgestellien Ist-Sollwertabweichungen der Flugkörperbewegung durchgeführt sind. Die so korrigierten Daten für die Bildpunktkoordinaten gelangen an die BildpunktadreBeingänge 23, 24 des Monitors 22, mit der Folge, dall dieser eine korrigierte, zitterfreie und aus scharfen Einzelbildern bestehende Bildfolge erzeugt.Point coordinate transformations (translations and rotations) according to the actual target value deviations determined missile movement are performed. The data corrected in this way for the pixel coordinates arrive at the pixel address inputs 23, 24 of the monitor 22, with the result that this one Corrected, tremor-free image sequence consisting of sharp individual images is generated.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

2020th

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Claims (7)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Bildaufnahmeverfahren für in Fluggeräten mitgeführte Videokameras, die mit flächenhaft angeordneten, lichtempfindlichen Halbleiter-Bildsensoren ausgestattet sind, dadurch gekennzeichnet, daß den Halbleiter-Bildsensoren (1) ein elektronischer Bildverstärker (2) mit einstellbarem Verstärkungsfaktor vorgeschaltet ist, der gepulst betrie- ι ο ben wird, so daß die Halbleiter-Bildsensoren (1) während einer Bildperiode jeweils nur kurzzeitig mit verstärkter Intensität belichtet werden.1. Image recording method for video cameras carried in aircraft that are arranged with areally arranged, light-sensitive semiconductor image sensors are equipped, characterized in that that the semiconductor image sensors (1) have an electronic image intensifier (2) with an adjustable gain factor is connected upstream, which is operated in a pulsed manner, so that the semiconductor image sensors (1) are only briefly exposed with increased intensity during an image period. 2. Bildaufnahmevorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Videokamera, die flächenhaft angeordnete, lichtempfindliche Halbleiter-Bildsensoren aufweist, gekennzeichnet durch einen den Halbleiter-Bildsensoren (1) optisch direkt vorgeschalteten, im gepulsten Betrieb einsetzbaren elektronischen Bildverstärker (2) mit variierbarer Verstärkung. 2. Image recording device for performing the method according to claim 1, with a video camera, which has areally arranged, light-sensitive semiconductor image sensors, characterized by one of the semiconductor image sensors (1) optically directly upstream, usable in pulsed operation electronic image intensifier (2) with variable Reinforcement. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen die Synchronisiersignale für das Videobild bereitstellenden Fernsehnormgenerator (4), einen an diesen angeschlossenen, den elektronischen Bildverstärker (2) mit Hochspannungsimpulsen versorgenden Impulsgenerator (5J sowie eine eingangsseitig sowohl mit dem elektronischen Bildverstärker (2) als auch mit dem Fernsehnormgenerator (4) und ausgangsseitig mit einem Datenmodulator (6) verbundene Signalverknüpfungseinheit (7).3. Apparatus according to claim 2, characterized by one of the synchronization signals for the video image providing television standard generator (4), one connected to this, the electronic Image intensifier (2) with high-voltage pulses supplying pulse generator (5J and one on the input side both with the electronic image intensifier (2) and with the television standard generator (4) and signal linking unit (7) connected on the output side to a data modulator (6). 4. Vorrichijng nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen eingangss^itig mir den Halbleiter-Bildsensoren (I) und ausgacgsseitig mit der Signalverknüpfungseinheit (7) verbuHdenr-ii. Verstärker (8).4. Vorrichijng according to claim 3, characterized by an input ^ itig me the semiconductor image sensors (I) and on the output side with the signal linking unit (7) VerbuHdenr-ii. Amplifier (8). 5. Bildverarbeitungsverfahren für Videobilder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe von Bewegungssensoren (9) ständig Istdaten über die Bewegungen des Fluggerätes (11) gewonnen und zusammen mit den aus den aufgenommenen Bildern erzeugten Videodaten an eine Auswertestation (10) übermittelt werden, daß dort ein Vergleich der Istdaten mit entsprechenden Solldaten vorgenommen wird und die Bilder hinsichtlich ihrer gegenseitigen Lage und Orientierung so korrigiert werden, daß eine Abweichung der zum Aufnahmezeitpunkt des jeweiligen Bildes gehörenden Ist- von den entsprechenden Solldaten kompensiert wird.5. Image processing method for video images according to claim 1, characterized in that with With the help of movement sensors (9), actual data about the movements of the aircraft (11) are constantly obtained and together with the video data generated from the recorded images to an evaluation station (10) are transmitted that a comparison of the actual data with corresponding target data is carried out there and corrects the images with regard to their mutual position and orientation that there is a discrepancy between the actual and the time of the recording of the respective image the corresponding setpoint data is compensated. 6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch im Flüggerät (11) angeordnete Bewegungssensoren (9) zur ständig wiederholten Ermittlung der Istdaten für die Bewegungen des Fluggerätes, eine die Istdaten und die Videodaten vom Fluggerät (11) zur Auswertestation (10) übermittelnde Übertragungseinrichtung (12) sowie eine in der Auswertestation (10) vorhandene Vergleichseinrichtung (13) zum Vergleich der empfangenen Istdaten mit den Solldaten und einen in Abhängigkeit von der Soll-Ist-Datenabweichung die Bildkorrektur bewirkenden Koordinatenkorrekturrechner(14), 6. Device for performing the method according to claim 5, characterized by movement sensors (9) arranged in the wing device (11) for the constantly repeated determination of the actual data for the movements of the aircraft, one the actual data and the video data from the aircraft (11) to the evaluation station (10 ) transmitting transmission device (12) as well as a comparison device (13) present in the evaluation station (10) for comparing the received actual data with the target data and a coordinate correction computer (14) effecting the image correction as a function of the target / actual data deviation, 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen in der Auswertestation (10) befindlichen, die übertragenen Videodaten aufnehmenden Demodulator (15), dessen der Weiterleitung der Bildpunktkoordinaten dienende Adreßausgänge (16, 17) mit entsprechenden Dateneingängen (18, 19) des Koordinatenkorrekturrechners (14) und dessen der Weiterleitung der Bildpunkt-Intensitätsdaten dienender Datenausgang (20) mit dem Dateneingang (21) eines Monitors (22) verbunden sind, der weiterhin BiIdpunktadreßeingänge (23, 24) zur Übernahme der korrigierten Bildpunktkoordinaten von entsprechenden Datenausgängen (25, 26) des Koordinatenkorrekturrechners (14) aufweist.7. The device according to claim 6, characterized by one located in the evaluation station (10), the transmitted video data receiving demodulator (15), its the forwarding of the pixel coordinates serving address outputs (16, 17) with corresponding data inputs (18, 19) of the coordinate correction computer (14) and its data output (20), which is used to forward the pixel intensity data, to the data input (21) of a Monitors (22) are connected, which continue to image point address inputs (23, 24) to take over the corrected pixel coordinates from the corresponding ones Has data outputs (25, 26) of the coordinate correction computer (14).