DE3435064A1 - Fotoelektrischer empfaenger mit lokaler helligkeitsadaption - Google Patents

Description

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Fotoelektrischer Empfänger mit lokaler Helligkeitsadaption

Die Erfindung betrifft einen fotoelektrischen Empfänger für ein Bildaufnahmegerät, insbesondere für ein Wärmebildgerät mit lokaler Helligkeitsadaption sowie ein Verfahren zur lokalen Helligkeitsadaption.

Aus der "Frankfurter Allgemeinen Zeitung" vom 18.06.75, Nr. 137 ist auf Seite 1 der Rubrik "Natur und Wissenschaft" eine Einrichtung und ein Verfahren zur lokalen Helligkeitsadaption für Fernsehaufzeichnungen bekannt. Zu diesem Zweck wird die Bildaufnahme mit zwei Kameras gemacht, die das Bild synchron abtasten. Die eine der beiden Kameras ist unscharf eingestellt, so daß deren Signal der mittleren Helligkeit eines kleinen Scheibchens aus der Umgebung des eigentlichen Bildpunktes entspricht. In einem speziellen, nicht weiter beschriebenen Gerät werden die Signale der beiden Kameras elektronisch verglichen, so daß die Helligkeitsskala Punkt für Punkt den jeweiligen Beleuchtungsverhältnissen angepaßt wird. Der Kontrast zwischen zwei benachbarten Bildelementen bleibt damit unverändert erhalten, jedoch lassen sich beispielsweise die dunklen Partien einer Szene auf diese Weise gegenüber den hellbeleuchteten hervorheben und deutlicher sichtbar machen. Insgesamt wird also eine Dynamikerhöhung bei der Bildaufnahme erreicht.

Da dieses Verfahren zwei komplette Bildaufnahmegeräte (hier: TV- Kameras) benötigt, ist es entsprechend kostspielig. Noch aufwendiger würde das Verfahren für Wärmebildgeräte, deren Detektoren eigene Kühleinrichtungen benötigen.

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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen fotoelektrischen Empfänger für ein Bildaufnahmegerät, insbesondere ein Wärmebildgerät mit lokaler Helligkeitsadaption zu schaffen, welches mit erheblich geringerem apparativen Aufwand auskommt. Diese Aufgabe wird durch einen, nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 ausgebildeten fotoelektrischen Empfänger sowie durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst.

Der fotoelektrische Empfänger bzw. das Verfahren zur lokalen Helligkeitsadaption benötigt nur eine Empfangsoptik und im Falle eines Wärmebildgerätes auch nur eine Kühleinrichtung, da die ersten und zweiten Detektorelemente im gleichen Kühlgefäß angeordnet sein können. Weiterhin ist es möglich, die sonst mit erheblichem elektronischen Rechenaufwand verbundenen, sog. Neighbourhood- Operationen zur Bildverbesserung auf einfache optische Weise zu realisieren, indem das zweite Detektoreleraent mit einer strahlungsundurchlässigen oder teildurchlässigen Maske oder Blende versehen ißt, mittels welcher die Strahlungsempfindlichkeit der Detektorfläche lokal veränderbar ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren teilweise schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:

Fig. 1 einen fotoelektrischem Empfänger mit einer Schaltung zur lokalen Helligkeitsdaption;

Fig. 2 eine Zeile von ersten Detektorelementen mit

symmetrisch zum Mittelpunkt angeordnetem ^ zweiten Detektorelement;

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Fig. 3 eine Zeile erster Detektorelemente mit in Abtastrichtung davor angeordnetem zweiten

Detektorelement;

Fig. 4 ein Array aus ersten Detektorelementen mit in

Abtastrichtung davor angeordnetem großflächigen zweiten Detektorelement.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel befinden sich in der Bildebene einer nicht dargestellten Eingangsoptik mit einer an sich bekannten und ebenfalls nicht dargestellten Scaneinrichtung nebeneinander ein erstes Detektorelement 1 sowie ein in Abtastrichtung davor angeordnetes zweites Detektorelement 2, welche in dem gleichen interessierenden Spektralbereich empfindlich sind und im folgenden jeweils kurz "Detektor" genannt werden. Für die Aufnahme von Infrarotstrahlung können die beiden entsprechend ausgebildeten Detektoren im gleichen Kühlgefäß nebeneinander angeordnet sein. Der erste Detektor 1 dient zur punktweisen Abtastung des Bildes und ist zur Erzeugung hochaufgelöster Bilder möglichst klein. Der zweite Detektor 2 soll vornehmlich die Umgebung des vom Detektor 1 er-

faßten Bildpunktes integral erfassen. Die Signale des Detektors 2 werden in einem Vorverstärker 3 verstärkt und dienen - ggf. zeitverzögert - zur Steuerung des Verstärkungsfaktors eines Videoverstärkers 4, der die Signale des Detektorelementes 1 verstärkt. Am Ausgang des Videoverstärkers 4 liegen dann die zur Darstellung oder ggf. Weiterverarbeitung verwendbaren Videosignale an. Die Steuerung des Verstärkungsfaktors geschieht im Sinne einer lokalen Helligkeitsadaption derart, daß beispielsweise bei einer hellen Umgebung eines Bildpunktes, also bei entsprechend hohem Signal des Detek-

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tors 2, die Verstärkung des Signales des Detektors 1 verringert wird und umgekehrt. Die Charakteristik, mit der der Verstärkungsfaktor verändert wird, hängt vom Vorverstärker bzw. vom Videoverstärker ab und kann beispielsweise linear, exponentiell oder in einer anderen geeigneten Weise erfolgen.

Aus Methoden zur Bildverbesserung mittels sog. Neighbourhood-Operationen ist es bekannt, beispielsweise die nähere Umgebung eines Bildpunktes anders zu bewerten als weiter entfernt liegende Bereiche. Dies kann sehr einfach dadurch realisiert werden, daß der Detektor 2 auf seiner Detektorfläche eine Maske 2.1 aufweist, welche lokal unterschiedliche Transparenzen

für die zu empfangende Strahlung aufweist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sollen die Ecken des quadratischen Detektors eine andere Transparenz als der Mittenbereich aufweisen. Andere, z.B. konzentrische Anordnungen sind auf die gleiche Art und Weise realisierbar. Anstelle der Maske mit fester Gestaltung der lokalen Transparenzunterschiede kann vor dem Detektor auch eine, beispielsweise matrixförmig ausgebildete, Flüssigkristallblende angeordnet sein, deren Matrixelemente elektrisch auf Transmission bzw. Absorption um-

schaltbar sind.

Fig. 2 zeigt eine Zeile von ersten Detektorelementen zur Bildabtastung, wobei symmetrisch zum Mittelpunkt der Zeile ein zweites Detektorelement 2 zur Helligkeitssteuerung der gesamten Zeile angeordnet ist. Diese Anordnung kann z.B. dadurch realisiert sein, daß hinter der Empfangsoptik bzw. der Scaneinrichtung ein Strahlenteiler angeordnet ist, in dessen Ausgangsstrahlengängen symmetrisch zur jeweiligen optischen Achse die 35

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Detektorzeile und der großflächige zweite Detektor 2 getrennt nebeneinander angeordnet sind.

Eine andere Anordnung einer aus ersten Detektorelementen 1 bestehenden Detektorzeile und einem in Abtastrichtung einer nicht dargestellten Scaneinrichtung davor angeordneten zweiten Detektorelement 2 ist in Fig. 3 dargestellt. Die aus dem Detektorelement 2 stammenden Steuersignale für die Helligkeitssteuerung der Detektorzeile kämen dann zeitversetzt zu den zugehörigen Bildsignalen der Detektorzeile. Dies kann bei entsprechend hohen Abtastgeschwindigkeiten und geringen Abständen zwischen den ersten und zweiten Detektorelementen unerheblich sein; durch Zeitverzögerungsglieder für die Steuersignale läßt sich jedoch auch hier eine Echtzeitkorrektur für die Helligkeitssteuerung realisieren.

Eine weitere Anordnung von ersten und zweiten Detektorelementen ist in Fig. 4 dargestellt. Hierbei bilden die ersten Detektorelemente 1 ein Array aus beispielsweise 5x6 Elementen, welche mittels einer nichtdargestellten Scaneinrichtung ein Bild abtasten (sog. "Parallel-Seriell-Scan"). Die Detektorelemente 1 des gesamten Arrays werden durch ein in Abtastrichtung davor angeordnetes zweites Detektorelement 2 in der unter Fig. 1 beschriebenen Weise gesteuert.

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Claims (6)

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Fotoelektrischer Empfänger mit lokaler Helligkeitsadaption

Patentansprüche

(l) Fotoelektrischer Empfänger für ein Bildaufnahmegerät, insbesondere für ein Wärmebildgerät, mit lokaler Helligkeitsadaption gekennzeichnet durch mindestens ein erstes Detektorelement (1) zur punktförmigen Abtastung des von einer Empfangsoptik erzeugten Bildes und durch mindestens ein, einem oder mehreren ersten Detektorelement(en) zugeordnetes zweites Detektorelement (2) mit größerer strahlungsempfindlicher Fläche zur Erfassung zumindest eines Teils der Umgebung eines von einem ersten Detektorelement erfaßten Bildpunktes.

2. Fotoelektrischer Empfänger nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch eine Zeile oder ein Array aus ersten Detektorelementen (1) zur ausschnittsweisen Abtastung eines Bildes ("Parallel-Seriell-Scan") und durch ein zweites Detektorelement (2) zur Erfassung zumindest eines Teils des von der Zeile oder dem Array insgesamt erfaßten Bildausschnittes.

3. Fotoelektrischer Empfänger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das zweite Detektorelement (2) eine strahlungsundurchlässige Maske oder Blende (2.1) aufweist, mittels welcher die strahlungsempfindliche Detektorfläche veränderbar ist.

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4. Fotoelektrischer Empfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Detektorelement (2) zumindest eine Maske oder Blende (2.1) mit vorgegebener Transmission aufweist, derart, daß die Strahlungsempfindlichkeit der Detektorfläche lokal veränderbar ist.

5. Fotoelektrischer Empfänger nach Anspruch 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet , daß die Maske oder Blende ein elektrisch steuerbarer Flüssigkristall ist.

6. Verfahren zur lokalen Helligkeitsadaption mit einer Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß das zweite Detektorelement einen Verstärkungsfaktor bestimmt, mit welchem die Signale des bzw. der ersten Detektorelementeis) zur Bildung von Videossignalen verstärkt werden.