DE3532085A1 - Einrichtung zur verwendung zum hochaufloesenden stabilisierten tageslichtniveauabbilden oder gemaessigten schwachlichtniveauabbilden von einem beweglichen traeger - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein neuartiges System bzw. eine neuartige Anordnung, das bzw. die dazu geeignet ist, die Nachteile und Probleme in einem großen Ausmaß zu überwinden, welche durch Vibrationen der Sichtlinie und gewisse atmosphärische Wirkungen auf die Auflösung eines Bilds bewirkt werden, das über eine Fernsehröhrenkamera und eine optische Linse bzw. Linsengruppe, insbesondere mit einer Linse oder einer Linsengruppe langer Brennweite, erhalten wird. Die Stabilisierung solcher Systeme bzw. Anordnungen ist ein ernsthaftes Problem, und dieses Problem wird durch das neuartige System bzw. die neuartige Anordnung nach der Erfindung in großem Ausmaß überwunden.

Vorzugsweise betrifft die Erfindung ein Aufklärungs- und/ oder Überwachungssystem bzw. eine Aufklärungs- und/oder Überwachungsanordnung.

Insbesondere betrifft die Erfindung eine elektro-optische Anordnung, die eine verstärkende elektro-optische (Ultraviolett, sichtbares Licht und Infrarot) Abbildungseinrichtung und eine Belichtungssteuerungseinrichtung, insbesondere eine Verschlußeinrichtung, sowie eine Synchronisationsschaltung zur Verwendung mit einer geeigneten optischen Linse bzw. Linsengruppe umfaßt.

Die Anordnung ist insbesondere dafür vorgesehen, in einer hochauflösenden stabilisierten Tageslichtniveau-Echtzeitabbildungsanordnung und einer gemäßigten Schwachlichtniveau-Echtzeitabbildungseinrichtung für Aufklärung, Überwachung und/oder Angriff verwendet zu werden.

In den meisten Fällen sind dieses Anordnungen mit hoher Vergrößerung und einem schmalen Sichtfeld (Linsen bzw. Linsengruppen langer Brennweite), deren Leistungsfähigkeit (Auflösungsbereich) ernsthaft durch Mängel des bisher erzielten Sichtlinienstabilisationsniveaus und in der Weitbereichsanordnung auch durch die atmosphärische Turbulenz behindert bzw. gestört wird.

Die verstärkende Abbildungseinrichtung kann ein "im Sensor" vorgesehener elektronischer Verstärker sein, wie in einer Fernsehröhre bzw. Fernsehaufnahmeröhre niedrigen Lichtniveaus und einigen Festkörpersensoren, oder sie kann eine zweiteilige Einrichtung sein, die aus einem externen Verstärker, wie beispielsweise einem Mikrokanalplattenverstärker bzw. einem MCP-Verstärker, der an einer üblichen Abbildungssensorröhre oder einem Festkörpersensor, insbesondere einem CCD-Sensor oder einem CID-Sensor, angebracht oder in Verbindung damit vorgesehen ist, besteht.

Die Belichtungssteuerungseinrichtung kann ein motorbetriebener mechanischer Verschluß oder ein elektro-mechanischer Verschluß, insbesondere ein Solenoidverschluß, oder ein Verschluß, der mittels einer Einrichtung betrieben ist, die auf einer elektro-optischen Wirkung beruht, oder eine Schalteinrichtung, die auf die Verstärkungseinrichtung (MCP) oder auf einen Festkörpersensor wirkt und eine Belichtungsverschlußwirkung erzeugt, sein.

Die Synchronisationsschaltung wird dazu benötigt, eine genaue Periode zwischen den aufeinanderfolgenden Öffnungen des Verschluß aufrechtzuerhalten und/oder das Öffnen des Verschlusses und den Beginn der Einzelbildabtastung miteinander zu synchronisieren.

Diese Unteranordnung wird dazu vorgeschlagen, die stabilisierte Leistungsfähigkeit einer stabilisierten Echtzeit- Tageslichtniveauhochauflösungsabbildungsanordnung (üblicherweise weiter Bereich) zu verbessern.

Diese neuartige Anordnung ist relativ einfach und macht es möglich, die Beschränkungen zu überwinden, denen die Leistungsfähigkeiten von konventionellen Abbildungsanordnungen aufgrund ihrer bisher erzielten Sichtlinienstabilisierungsnievaus und bis zu einem gewissen Ausmaß auch durch die atmosphärische Turbulenz (in der Weitbereichsanordnung) eigen sind.

Als Nebenprodukt wird die Abbildungsleistungsfähigkeit in den gemäßigten Schwachlichtniveaubereich der Target- bzw. Zielbeleuchtungsstärke ausgedehnt.

Es sei zunächst nachstehend der Stand der Technik erläutert:

In jeder Abbildungsanordnung bewirkt eine Bewegung oder ein "Tanzen" des erzeugten Bildes auf der Sensoroberfläche während der Belichtungsperiode, daß das Szeneriebild jenseits der Erkennung verwackelt, verschwommen und unscharf wird.

Der Ursprung dieses Verwackelns, Verschwommen- und Unscharfwerdens kann folgender sein:
(1) Zufällige bzw. statistische Bewegungen (Zittern) der Sichtlinie um deren Nominalposition, wie sie beispielsweise durch Abbilden von nichtstabilen Plattformen her bewirkt werden,
(2) jedes Bild-"Tanzen" relativ zur Zeit oder Teile von Bildtanzen relativ zueinander und relativ zur Zeit, verursacht durch atmosphärische Turbulenz,
(3) schnelle Relativbewegungen zwischen Sensor und Szene, dadurch bewirkt daß:
(a) der Sensor in einem Suchmuster "geschwenkt" wird,
(b) sich der Sensor auf einem sich schnell bewegenden Fahrzeug befindet,
(c) der Sensor eine sich schnell bewegende Szene abbildet.

Die Erscheinung des Verwackelns, Verschwommen- und/oder Unscharfseins, die eine Auflösungsherabsetzungswirkung hat, ist an sich bekannt. Die Bildauflösungsherabsetzung wird fast vollständig beschrieben und ausgedrückt bzw. abgeschätzt durch die optische Übertragungsfunktion, die nachstehend auch als OTF bezeichnet ist, oder die Modulationsübertragungsfunktion, die nachstehend auch als MTF bezeichnet ist und sich auf die speziellen vorerwähnten Wirkungen bzw. Effekte bezieht.

Die Auflösungsherabsetzungswirkung ist am stärksten bzw. schlimmsten in Hochauflösungsanordnungen.

In den meisten Fällen sind dieses Anordnungen mit hoher Vergrößerung und engem Gesichtsfeld (Linsen bzw. Linsengruppen langer Brennweite).

Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Hochauflösungsanordnung, die sich auf einer fahrzeuggetragenen instabilen Plattform befindet (Erd-, Luft- oder Marinefahrzeug).

Die Instabilität einer solchen Plattform kann von mechanischen Störungen herrühren, die dem Fahrzeug eigen sind (Motoren, interne Resonanzen und/oder Eigenresonanzen) oder sie kann von mechanischen Störungen herrühren, welche durch Umgebungsfaktoren oder durch Wechselwirkung zwischen Umgebungsfaktoren und dem Fahrzeug (Winde, Strömungen, Straßen etc.) verursacht werden. Solche mechanischen Störungen können direkt auf die Anordnungsplattform wirken (Winde und Rand- bzw. Grenzluftströmung in einer Luftfahrzeugumgebung) oder als Schub bzw. Verwerfung auf den Fahrzeugkörper bzw. kann eine solche mechanische Störung ein Ausschlag, eine Verwerfung, ein Vorschub, ein Hub, ein Schub o. dgl. des Fahrzeugkörpers sein.

Es gibt ein an sich bekanntes Verfahren zum Verringern eines Verwackelns, Verschwommen- und/oder Unscharfseins eines Bilds, welches durch schnelle Relativbewegungen zwischen dem Sensor und der Szene verursacht wird. Dieses Verfahren besteht darin, die Belichtungszeit zu verkürzen, und es wird in der Schnellfilmfotografie sowie in der Schnellereignis/ Echtzeitfotografie angewandt, indem man gepulste aktive Beleuchtung und torgesteuerte Sensoren verwendet.

Aus einem ersten Grunde ist es klar, daß das Prinzip der Verkürzung der Belichtungszeit bei einem Bild keine Auflösungsverbesserung bringt, das durch Verwackeln, Verschwommen- und/oder Unscharfsein beeinträchtigt ist, dessen Ursprung das Zittern der Sichtlinie einer Anordnung ist, die sich auf einer unangemessen stabilisierten Plattform befindet, oder bei einem Bild, das durch atmosphärische Turbulenz beeinträchtigt ist.

Das ist deswegen so, weil fast keine positive Wirkung vorhanden ist, wenn es so ist, daß die Frequenz des Sichtlinienzitterns oder des Bildtanzens höher oder gleich dem Reziproken der verkürzten Belichtungszeit ist. Bisher sind alle Bemühungen, die Abbildungsleistungsfähigkeit (Auflösung/ Entfernung) von hochauflösenden stabilisierten Abbildungsanordnungen zu verbessern, darauf gerichtet und konzentriert worden, ein höheres Stabilisierungsniveau zu erzielen.

Das insoweit bzw. bisher erzielte höchste Stabilisierungsniveau ist etwa 40 Mikroadian bzw. 40 Mikrobogeneinheiten Spitze-zu-Spitze, und selbst dieses hohe Stabilisierungsniveau (erreicht unter hohen Kosten) ist nicht angemessen, um die gesamte Auflösung zu erzielen, die das Auge benutzen bzw. ausnutzen kann, wenn man versucht, Linsen mit einer Brennweite zu verwenden, die länger als etwa 900 mm ist. Es existiert infolgedessen eine Beschränkung für die Systemvergrößerung - den brauchbaren Bereich des Systems bzw. der Anordnung.

Die Anordnung nach der Erfindung ermöglicht es, eine Echtzeitabbildungseinrichtung hoher Auflösung zur Verfügung zu stellen, wodurch das durch Stabilisierung bewirkte Bildverwackeln, -verschwimmen und/oder -unscharfwerden durch Verkürzung der Belichtungszeit wesentlich vermindert werden kann.

Die Anordnung ermöglicht es, eine Echtzeit-Abbildungsanordnung bei Tageslichtniveau und mit einer kurzen Belichtungszeit zu betreiben. Es ist infolgedessen möglich, die auf andere Weise nicht überwindbaren Leistungsfähigkeitsbeschränkung (Auflösung/Entfernung) zu überwinden, denen derartige Echtzeitabbildungsanordnungen hoher Auflösung durch das insoweit bzw. überhaupt erzielbare Stabilisierungsniveau unterworfen sind.

Kurz zusammengefaßt wird mit der Erfindung insbesondere eine Überwachungsanordnung zur Verwendung bei der Tageslichtaufklärung und zur Verwendung im mäßigen Schwachlichtzielbeleuchtungsbereich zur Verfügung gestellt.

Die neuartige Anordnung basiert auf den Aufbereitungsleistungsfähigkeiten einer stabilisierten Fernsehabbildungseinrichtung hoher Auflösung. Die neuartige Anordnung gemäß der Erfindung basiert auf der Projektion des Bilds auf einen geeigneten Fernsehsensor während einer Zeitdauer bzw. -periode, die wesentlich kürzer als die konventionelle Abtastzeit des Sensors ist, und auf dem Auswerten des auf diese Weise erhaltenen Bilds. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß mit dem Begriff "Sensor" auch und insbesondere eine Sensoranordnung, wie insbesondere eine flächige Sensoranordnung, wie sie zum Erfassen eines Bildes durch einzelne Bildpunkte erforderlich ist, verstanden werden soll. Durch Vermindern der Belichtungszeit eines solchen Niedrigniveau-Fensehsensors pro Abtastung von der generell angenommenen bzw. vorgesehenen Periode von 1/30 Sekunde auf eine Zeitdauer bzw. -periode, die wesentlich geringer ist, insbesondere bis zu etwa 1/10000 Sekunde, können viele der inhärenten Nachteile solcher Anordnungen, die selbst durch die teuersten und ausgeklügeltsten sowie technisch hochentwickelsten mechanischen Stabilisierungsanordnungen nicht überwunden werden können, in einem hohen Maße vermieden werden, was eine beträchtlich erhöhte Bildauflösung und einen beträchtlich erhöhten stabilisierungsfreien Systembereich bzw. einen beträchtlich erhöhten stabilisierungsfreien Systementfernungsbereich zur Folge hat.

Die neuartige Anordnung, die insbesondere zur Verwendung in optischen Überwachungs-, Aufklärungs- und/oder Angriffssystemen auf einem sich bewegenden Träger angebracht ist, umfaßt einen Niedrigniveau-Fernsehsensor, eine geeignete optische Linse bzw. Linsengruppe und eine Einrichtung zum Belichten des Sensors mit dem Zielbild über die Linse bzw. Linsengruppe während einer Zeitdauer bzw. -periode, die wesentlich kürzer als die normale Abtastzeit des Sensors, insbesondere wesentlich kürzer als 1/30 Sekunde, ist. Die Einrichtung, die zwischen die Linse bzw. Linsengruppe und den Sensor eingefügt ist, kann ein geeigneter Verschluß oder irgendeine andere Einrichtung, mit der das gleiche Ergebnis wie mit einem Verschluß erzielbar ist, eine Schalteinrichtung oder der Verstärker bzw. eine Schalteinrichtung des Verstärkers etc. sein.

Jedes Bild wird während der konventionellen Abtastzeit, insbesondere während 1/30 Sekunde, abgetastet. Wenn irgendwelche Vibration während dieser Zeitdauer stattfindet, tritt ein Verwackeln, Verschwommen- und/oder Unscharfwerden auf, das eine niedrige Bildqualität zur Folge hat, die sogar ohne jeden Wert sein kann. Konventionelle Stabilisierungsanordnungen sind kompliziert und teuer, und es ist praktisch unmöglich, einen Grad zu erzielen, der höher als eine 40 µ-Radian-Spitze-zu-Spitze-Stabilisierung bzw. eine 40 µ-Bogeneinheit-Spitze-zu-Spitze-Stabilisierung ist. Wenn eine solche Anordnung zum Beispiel auf einem Flugzeug oder einem anderen Träger angebracht ist, bewirken die Vibrationen des Motors und/oder des Flügels schwerwiegende Störungen, Schwierigkeiten o. dgl. Wenn Licht einen langen Weg bei niedrigen Höhen zu durchlaufen hat, tritt ein Verwackeln, Verschwommen- und/oder Unscharfwerden außerdem aufgrund atmosphärischer Turbulenz auf.

Generell muß man gemäß den Johnsonkriterien ein 6-Linienpaar auf dem Ziel haben, um dieses zu identifizieren. Konventionelle Sensoren sind von der Abmessung 6,6 × 8,8 mm oder 9,9 × 11,6 mm (2/3″- oder 1″-Abmessung); es gibt Festkörpersensoren mit etwa 800 × 800 Sensorelementen oder 380 × 525 Sensorelementen.

Die Anordnung nach der Erfindung hat Leistungsfähigkeiten zur Folge, die erst bei einem Grad an Stabilisierung erzielt werden würden, der durch konventionelle Einrichtungen nicht oder nahezu unmöglich zu erzielen ist. Es ist möglich, die Grenze der Stabilisierung in der Größenordnung von etwa 40 µ- Radian-Spitze-zu-Spitze zu überwinden, und das ermöglicht die wirksame Verwendung von optischen Linsen bzw. Linsengruppen von sehr großer Brennweite anstatt von 900 mm Brennweite, die gegenwärtig verwendet wird und welche Brennweite zur Zeit etwa die Grenze für eine gute Auflösung ist.

Das Grundmerkmal der Anordnung ist die Projektion des Bilds auf den Sensor (der auch an eine Eigenverstärkungseinrichtung angekoppelt ist oder der an eine konventionelle Bildverstärkereinrichtung angekoppelt ist) während einer Zeitdauer, die wesentlich kürzer als die konventionelle Abtastzeit des Sensors (generell 1/30 Sekunde) ist, und dieses Bild wird dann während der erwähnten konventionellen Abtastperiode abgetastet. Da eine Verstärkung von 1000fach leicht erzielbar ist, kann die Belichtungsdauer des Sensors kurz sein, nämlich in der Größenordnung von bis zu etwa 1/10000 Sekunde, wenn das erforderlich ist, woraus immer noch eine angemessene Qualität des auf diese Weise erhaltenen Bildes resultiert.

Infolgedessen wird eine Einrichtung zur Verwendung in hochauflösenden stabilisierten Tageslichtniveau-Überwachungs- Echtzeit-Abbildungsanordnungen und bis zu einem gewissen Ausmaß eine Einrichtung zur Verwendung in hochauflösenden stabilisierten Schwachlichtniveau-Aufklärungs-Echtzeit-Abbildungsanordnungen zur Verfügung gestellt. Diese Abbildungsanordnungen sind generell für Überwachungs-, Aufklärungs- und/oder Angriffszwecke geeignet.

Die Anordnung umfaßt ein neuartiges elektro-optisches System, das es ermöglicht, hochauflösende stabilisierte Echtzeit- Tageslichtniveau-Abbildungsanordnungen aufzubereiten bzw. höher leistungsfähig zu machen, deren Höchstleistungsfähigkeiten (Auflösung/Entfernung) sonst durch ihr Stabilisierungsniveau begrenzt sind.

Zum Beispiel ist es möglich, eine Anordnung sehr hoher Auflösung zu erhalten, die eine 2000 mm-Linse bzw. ein Objektiv mit einer Brennweite von 2000 mm und eine Vidicon 1″-Fernsehröhre bzw. -Fernsehaufnahmeröhre umfaßt und eine Stabilisierung des nahezu unglaublichen Werts von 40-mikro-Radian- Spitze-zu-Spitze-Restzittern besitzt und sie wesentlich zu verbessern.

Es sei angenommen, daß die Durchlässigkeit der Isolatoren, auf denen die Anordnung angebracht ist, bei 20 Hz auf 50% herabsinkt und bei 40 Hz auf 10%, wie das der Fall ist, wenn man zum Beispiel sehr wirksame Barry S-44-Isolatoren wählt.

Aus Vereinfachungsgründen sei die nachfolgende Berechnung nur für die 20 Hz-Zitterfrequenz durchgeführt. Um wegen der Leistungsfähigkeitsverbesserung, die durch die Erfindung erzielt wird, zurückhaltend zu sein, wird hier die MTF-Berechnung der Linearbildbewegung sogar auf den normalen Fall angewandt, in dem die 1/20 Hz-Zitterfrequenz und die 1/30 Hz Einzelbildperiode relativ dicht beieinander liegen.

Die MTF des Linearbewegungsfalls wird gegeben durch:

MTF (SF) = sinc (π SF · D),

worin
U = Bildgeschwindigkeit auf der Fotooberfläche bzw. auf der lichtempfindlichen Oberfläche
SF = räumliche Frequenz bzw. Häufigkeit in Linienpaar pro mm
D = U · T = Bildmaximumverschiebung auf der Fotooberfläche bzw. auf der lichtempfindlichen Oberfläche, die gegeben ist durch:

D = 2 · X · Sinc (ω T/2)

T = Belichtungszeit
ω = Winkelgeschwindigkeit des Zitterns
X = Amplitude der Zitterverschiebung auf der Fotooberfläche bzw. auf der lichtempfindlichen Oberfläche.

Für eine 10% MTF dieses Zittereffekts ergibt sich eine maximale räumliche Frequenz bzw. Häufigkeit von:

Die 1″-Fotooberflächenauflösung, die erforderlich ist, um die normale Augenauflösung zu verwenden, ist SF = 26 LP/mm.

Unter Verwendung der vorerwähnten MTF (10%)-Gleichung erhält man für die normale Anordnung, die auf 40-mikro-Radian- Spitze-zu-Spitze-Restzittern stabilisiert ist, eine beschränkende räumliche Frequenz bzw. Häufigkeit von:

SF = 13 LP/mm

was insgesamt eine ungenügende Auflösung bedeutet.

Gemäß der Erfindung wird die 1″ Vidicon-Fernsehröhre durch eine verstärkende 1″ Abbildungseinrichtung ersetzt, die eine Schwachlichtniveau-Fernsehröhre bzw. -Fernsehaufnahmeröhre sein kann (zum Beispiel SIT-Röhre, eine SEBIR-Röhre, eine SER-Röhre oder eine andere verstärkende Röhre) oder ein CCD-Sensor oder CID-Sensor, der optisch an eine Verstärkungseinrichtung, insbesondere eine Mikrokanalplatten-Verstärkungseinrichtung angekoppelt ist.

Die Lichtverstärkung solcher Einrichtungen ist gewöhnlich höher, und zwar beträgt sie etwa das Tausendfache derjenigen einer normalen Vidicon-Röhre, wobei eine 10fache Verstärkung für den vorliegenden Fall gewöhnlich genug ist.

Zwischen diese 1″ Bildverstärkungseinrichtung und der normalen Systemlinse bzw. -linsengruppe (in dem Fall, in welchem die Abbildungseinrichtung keine automatische Verstärkungssteuerung bzw. -regelung oder keine genügende automatische Verstärkungssteuerung bzw. -regelung besitzt, kann sich die Notwendigkeit ergeben, eine Linse mit einer Auto- IRIS bzw. mit einer automatischen Irisblende oder ein geeignetes optisch neutrales Dichte- bzw. Helligkeitsfilter zu verwenden) fügt man einen Zerhacker ein, der bei einer Frequenz von 30 Hz mit einer Belichtungszeit von 1/140 Sekunde arbeitet.

Hierdurch wird der Betrag an Licht um 140/30 = 4,6(6) vermindert, wobei zu bedenken ist, daß eine 100fache Verstärkungsleistung vorhanden ist.

Verwendet man die MTF (10%)-Gleichung, dann erhält man für die verbesserte Anordnung eine beschränkende räumliche Frequenz bzw. Häufigkeit von:

SF = 26 LP/mm

was die vom Auge erforderte Auflösung ist.

Es ist klar, daß die Verbesserung mit einem weniger wirksamen Isolator spektakulärer ist, insbesondere bei Linsen bzw. Linsengruppen langer Brennweite.

Es ist weiter klar, daß ein weiter Bereich an Belichtungszeitmöglichkeiten vorhanden ist, aus dem heraus man eine Optimalisierung entsprechend den speziellen System- und Aufgaben- bzw. Einsatzdaten vornehmen kann: Brennweite, Stabilisationsniveau, Isolatorübertragungsfunktion, Zielbeleuchtungsniveaus, Höhe und relative Ziel-Sensor-Bewegung.

Um normale Fernsehbilder bei einer Belichtungszeit, die kürzer als der Kehrwert der speziellen Fernseh-Standard- Einzelbildrate (30 Hz, 25 Hz oder eine andere Frequenz) ist, sicherzustellen, muß eine der beiden nachfolgenden Bedingungen erfüllt sein.
(a) Die Verschlußfrequenzsteuerung muß besser als die Linienabtastzeit sein, was bedeutet, daß die Frequenzsteuerung bei einem 30 Hz-System besser als 0,07% sein muß. In einem mechanisch rotierenden Verschluß kann das durch eine geeignete Kodier- und Geschwindigkeitssteuerschleife erreicht werden. In elektro-magnetischen oder elektro-optischen Verschlüssen und in einer Schalteinrichtung mit Verschlußwirkung kann das durch ein Synchronisiersignal erreicht werden,
(b) Synchronisierung:
(1) zwischen dem Öffnen des Verschlusses und dem Beginn der Fernseheinzelbildabtastung (mit einer angemessenen Verzögerung),
(2) zwischen dem Ende der geraden Feldabtastung bzw. der Abtastung des ebenen Felds und dem Öffnen des Verschlusses. Diese Synchronisierung kann durch Verwenden der Synchronisationssignale der Fernsehkamera (oder des Haupttakts in einer Festkörperkamera) erfolgen, und im ersten Falle auch durch Benutzung eines Positionsmeßsensors auf dem Verschluß (mechanisch oder elektro-mechanisch).

Fig. 1 ist ein schematisches Blockschaltbild einer Abbildungsanordnung, die auf dem System der Erfindung beruht.

Die Vorteile der neuartigen Anordnung und des sich darauf beziehenden Betriebskonzepts nach der Erfindung bestehen insbesondere darin, daß es diese Anordnung ermöglicht, die unüberbietbaren konventionellen Stabilisierungsbeschränkungen, die durch das Stabilisierungsniveau bei Echtzeit-Tageslicht- Abbildungsanordnungen hoher Auflösung und großer Entfernung gesetzt sind, zu überwinden.

Wegen der Verwendung einer Fernsehkamera niedrigen Lichtniveaus in der neuartigen Anordnung ist es möglich, als Nebenprodukt des Hauptziels die Abbildungsleistungsfähigkeiten in einen Teil des Bereichs niedrigen Lichtniveaus der Zielbeleuchtung zu erstrecken. Dieses Nebenprodukt erhöht außerdem den "guten Abbildungs"-Bereich der Anordnungen hoher Auflösung und großer Entfernung, weil solche Anordnungen üblicherweise durch atmosphärische Turbulenz stark behindert bzw. gestört werden. Die atmosphärische Turbulenz ist am frühen Morgen minimal, also in einer Situation, in welcher das Zielbeleuchtungsniveau zu niedrig ist, um für eine Abbildung mit einer normalen konventionellen Anordnung ausreichend zu sein.

Eine Verkürzung der Belichtungszeit kann einen Teil des Verwackelns, Verschwommen- und/oder Unscharfseins, das durch atmosphärische Turbulenz verursacht worden ist, wegnehmen, weil die Phänomene, die ein "Tanzen" des Bildes auf der Fotooberfläche bzw. auf der lichtempfindlichen Oberfläche verursachen, teilweise ein zeitabhängiger Effekt sind.

Die neuartige Anordnung und das sich darauf beziehende Betriebskonzept ist von entscheidender Wichtigkeit für Aufgaben und Einsätze der Luftaufklärung, -überwachung und des Luftangriffs. Tageslicht- und Nahinfrarotabbildungsanordnungen, die bei diesen Aufgaben und Einsätzen verwendet werden, sind üblicherweise in ihren Leistungsfähigkeiten (Auflösung/ Entfernung) stabilisierungsbeschränkt, und zwar wegen einem der nachfolgenden beiden Gründe:
(a) Es wird ein beschränktes Stabilisierungsniveau akzeptiert, und zwar wegen der Kosten, der technischen Kompliziertheit und der komplizierten Wartbarkeit, die zum Erreichen eines angemessenen Stabilisierungsniveaus erforderlich sind; zum Beispiel Mini-RPV-Überwachungsnutzlasten,
(b) unerreichbare (wie groß die Kosten auch immer seien) Stabilisierungsniveaus, die für Aufgaben und Einsätze hoher Auflösung und großer Entfernung (Optik langer Brennweite) benötigt werden.

Die Anordnung kann in Verbindung mit Linsen bzw. Linsengruppen von sehr langer Brennweite verwendet werden und gibt Lichtauflösungsbilder bzw. Bilder hoher Auflösung.

Die Einrichtung nach der Erfindung nimmt die Beschränkungen des Stabilisierungsniveaus weg und ermöglicht es, bessere Leistungsfähigkeiten bei einem niedrigerem Stabilisierungsniveau zu erzielen.

Sie verlängert außerdem den Bereich der Aufgaben und des Einsatzes in den Bereich der Zielbeleuchtung mit geringem Licht und ermöglicht es, den Turbulenzeffekt dadurch zu vermeiden, daß die Anordnungen in den frühen Morgenstunden betrieben werden.

Die Erfindung vermindert außerdem direkt einen Teil der Turbulenzunschärfewirkung auf die Bildqualität, die durch atmosphärische Turbulenz verursacht wird.

Die beigefügte einzige Figur, die als Fig. 1 bezeichnet ist, ist ein Blockschaltbild einer Abbildungsanordnung gemäß der Erfindung.

Wie in dieser Figur veranschaulicht ist, umfaßt die Anordnung in Kombination eine Fernsehröhrenkamera 11 (insbesondere eine CCD-Kamera oder eine CID-Kamera) oder irgendeine Art einer LLTV-Kamera (d. h. einer Fernsehkamera mit niedrigem Lichtniveau bzw. eine Schwachlichtniveau-Fernsehkamera).

Diese kann als wahlweises Merkmal eine automatische Verstärkungssteuerung bzw. -regelung (AGC) haben, und die Kamera fluchtet auf der optischen Achse mit einer Belichtungssteuereinrichtung 12, mit einem wahlweisen neutralen Dichte- bzw. Helligkeitsfilter 13 und mit einer optischen Linse bzw. Linsengruppe 14.

Die Fernsehkamera kann in Verbindung mit dem wahlweise angekoppelten bzw. eingefügten Bildverstärker (MPC) 15 verwendet werden. Die Belichtungssteuerungseinrichtung 12 kann ein mechanischer Verschluß, ein elektro-mechanischer Verschluß (Solenoid) sowie eine Einrichtung, die auf elektro- optischen Wirkungen basiert, sein. Die Belichtungssteuerungseinrichtung 12 ist nicht notwendig, wenn ein Verstärker 15 bzw. ein Bildverstärker mit schnellen Schaltfähigkeiten verwendet wird. Die Linse bzw. Linsengruppe 14 kann eine solche von langer Brennweite sein, wobei die Brennweite diejenige übersteigen kann, die gegenwärtig wegen der Beschränkungen, welche durch das Verwackeln, das Verschwommen- und/oder Unscharfwerden aufgrund der verschiedenen Ursachen, die oben angegeben sind, vorhanden sind, benutzt bzw. maximal benutzt wird. Brennweiten, die gut über dem 900 mm Bereich liegen, können ohne Schwierigkeiten, was die Bildqualität anbelangt, verwendet werden.

Es ist klar, daß jeder andere Aufbau von Komponenten bzw. Bauteilen, der zum Ausbilden eines Bilds auf dem Sensor (beispielsweise Fernsehröhre bzw. Fernsehkameraröhre) während einer Zeitdauer bzw. -periode führt, die viel kürzer als diejenige der konventionellen Abtastung ist, in Kombination mit einer geeigneten Linse oder Linsengruppe dazu benutzt werden kann, eine Anordnung gemäß der Erfindung zur Verfügung zu stellen bzw. als erfindungsgemäße Anordnung benutzt werden kann.

Es liegt auch innerhalb des Bereichs der Erfindung, auf eine kurze Belichtung der Fernsehröhre bzw. Fernsehkameraröhre (oder eines Äquivalents) zurückzugreifen und eine Abtastung mit einer höheren Geschwindigkeit als üblich zu bewirken, wobei die Bedingung besteht, daß die 40µ-Radian- Spitze-zu-Spitze-Stabilisierung oder eine geringere Stabilisierung erzielt ist.

Es sei darauf hingewiesen, daß die vorstehend verwendeten Abkürzungen folgende Bedeutung haben:
CCD - ladungsgekoppelte Einrichtung
CID - ladungsinjizierte Einrichung
LP - Linienpaare
PTP - Spitze-zu-Spitze
SIT - Silikon- bzw. Siliziumverstärkertargetröhre bzw. Bildverstärkerröhre mit Siliziumtarget
auto IRIS - automatische Blende, insbesondere automatische Irisblende
RPV - Fernpilotfahrzeug bzw. ferngesteuertes Fahrzeug
MPC - Mikrokanalplatte

Weiter sei darauf hingewiesen, daß als Fernsehaufnahmeröhren mit niedrigem Lichtniveau in der erfindungsgemäßen Anordnung insbesondere Sekundarelektroneneffekt-Fernsehaufnahmeröhren verwendet werden können.

Claims (7)

1. Einrichtung zur Verwendung zum hochauflösenden stabilisierten Tageslichtniveauabbilden oder gemäßigten Schwachlichtniveauabbilden von einem beweglichen Träger, dadurch gekennzeichnet, daß das System bzw. die Anordnung (11, 12, 13, 14) eine verstärkende elektro-optische Abbildungseinrichtung (11) und eine geeignete optische Linse (14) oder Linsengruppe (14) mit einer Belichtungssteuerungseinrichtung (12), die dazu geeignet ist, den Sensor bzw. die Sensoranordnung mit dem Zielbild während einer Zeitdauer zu belichten, die wesentlich kürzer als die konventionelle Abtastzeit des Sensors ist, umfaßt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildprojektionssteuerungseinrichtung (12) ein Verschluß ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Synchronisationseinrichtung für die Synchronisation der Bildprojektion und der Abtastung des Sensors (11) oder der Sensoranordnung (11) vorgesehen ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (11) oder die Sensoranordnung (11) ausgewählt ist von Fernsehröhren mit niedrigem Lichtniveau, die eine Verstärkungseinrichtung (15) umfassen, oder Festkörpersensoren, insbesondere CCD-Sensoren oder CID-Sensoren, kombiniert mit einem Mikrokanalplattenverstärker (MCP-Verstärker), oder ein anderer Verstärker (15), der an einer konventionellen Abbildungssensorröhre (11) oder einem Festkörpersensor (11) angebracht bzw. mit einer konventionellen Abbildungssensorröhre (11) oder einem Festkörpersensor (11) kombiniert ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Belichtungssteuerung (12) ein elektro-mechanischer oder elektro-optischer Verschluß oder eine Schalt- bzw. Schaltereinrichtung, die auf die Verstärkungseinrichtung (15) wirkt, oder ein Festkörpersensor, der eine Belichtungsverschlußwirkung erzeugt, ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie dazu geeignet ist, eine Leistungsfähigkeit zu erzielen, die einer Stabilisierung von besser als 50 µ-Bogeneinheiten Spitze-zu- Spitze ist, worin die Belichtungszeit des Sensors (11) bzw. der Sensoranordnung (11) kürzer als die normale Abtastzeit ist, und zwar bis zu 1/10000 Sekunde.

7. Einrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Überwachungssystem bzw. eine Überwachungsanordnung ist, das bzw. die eine Fernsehröhre (11) oder einen sonstigen Fernsehsensor bzw. eine sonstige Fernsehsensoranordnung niedrigen Lichtniveaus bzw. eine Fernsehaufnahmeröhre (11) oder einen sonstigen Fernsehaufnahmesensor oder eine sonstige Fernsehaufnahmesensoranordnung niedrigen Lichtniveaus, sowie eine Linse (14) oder Linsengruppe (14) und eine Verschlußeinrichtung (12) umfaßt.