DE3903091A1 - IR image sensor with mosaic detector - has electronics with modular and programmable stages for certain image processing functions - Google Patents

Abstract

The circuit has the mosaic detector and an electronic system for signal processing. The electronic system consists of modular and programmable stages for certain image processing function for adjustment of signal parameters required for specific application. The electronic system is pref. designed for specific application tasks by exchange, addition or removal of certain stages. The adapting of the electronic system to a band width, signal level, etc. of the sensor signal may be carried out by corresp. programming of the stages, while the electronic system can be applied to different sensor heads. USE/ADVANTAGE - Applicability to any arbitrary detector types e.g. for automatic target acquisition and tracking system. (5pp Dwg.No.2/2)

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für Infrarot-Bildsensoren, mit einem Mosaikdetektor und einer zur Signalaufbereitung nachgeschalteten Elektronik.The invention relates to a circuit arrangement for Infrared image sensors, with a mosaic detector and a to Signal conditioning downstream electronics.

Moderne Infrarot-Bildsensoren benutzen als Bildaufnehmer sog. Mosaikdetektoren, welche im Gegensatz zu herkömmlichen Geräten nur aus relativ wenig Einzelteilen wie Detektor mit Dewar, Op­ tik, Kühler und Elektronik bestehen. Maßgeblicher Parameter für die Leistungsfähigkeit eines solchen Gerätes ist die Ausführung des Detektors, und zwar bezüglich des benutzten Werkstoffes, so­ wie der Bandbreite der erzeugten Signale. Das bedeutet, daß je nach Anforderung eine Vielzahl unterschiedlicher Mosaikdetekto­ ren existieren bzw. zu entwickeln sind und daher ist es möglich, daß jeder dieser Detektortypen unterschiedliche Schnittstellen zum nachgeschalteten Geräteteil besitzt. Hierdurch ergeben sich für jeden Detektortyp spezielle, d.h. eigene Kameraauslegungen, und zwar aufgrund der Anzahl der abzutastenden Bildelemente, des Detektormaterials sowie dem Aufbau und der Auslesestruktur des Detektors. Diese Vielfalt der Anforderungen hat detektortypische Ansteuer- und Ausleseelektroniken zur Folge, welche zur Erfüllung dieser Anforderungen entsprechend ausgelegt sein müssen.Modern infrared image sensors use as imagers so-called. Mosaic detectors, which in contrast to conventional devices only from relatively few parts like Detector with Dewar, Op tik, cooler and electronics. Relevant parameter for the performance of such a device is the execution of the detector, with respect to the material used, so like the bandwidth of the generated signals. That means that ever Upon request, a variety of different mosaic detectives exist or are to be developed and therefore it is possible that each of these detector types have different interfaces has to downstream device part. This results for each type of detector special, i. own camera designs, because of the number of pixels to be scanned, the Detector material and the structure and the readout structure of the Detector. This variety of requirements has typical detectors Drive and Ausleseelektroniken result, which to fulfill These requirements must be designed accordingly.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Elektronik für Infrarot-Bildsensoren mit Mosaikdetektoren zu schaffen, wel­ che in der Lage ist für alle beliebigen Detektortypen eingesetzt zu werden. Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Elektronik aus modularen und programmierbaren Baustufen für bestimmte Bildverarbeitungsfunktionen besteht zur Einstellung einsatz und/oder anwendungsspezifischer Signalparameter.The invention is therefore based on the object, an electronics for infrared image sensors with mosaic detectors, wel Che is capable of using any type of detector to become. This object is achieved according to the invention characterized that the electronics of modular and programmable construction stages for certain image processing functions is to adjust use and / or application-specific signal parameters.

Die erfindungsgemäße Maßnahme hat aufgrund des modularen Aufbaus den Vorteil durch Austausch, Hinzufügen oder Entfernen von Bau­ stufen für Anwendungsspezifische Aufgaben angepaßt bzw. zuge­ schnitten zu werden. Damit kann eine detektorunabhängige Elek­ tronik aufgebaut werden welche für praktisch jeden Detektortyp benutzt werden kann. Das Anpassen an die Bandbreite, die Signal­ pegel usw. wird dabei in der Regel mit Hilfe der Software durch­ geführt.The inventive measure has due to the modular design the advantage of replacing, adding or removing construction  adapted for application-specific tasks or added to be cut. Thus, a detector-independent Elek which are built for virtually every type of detector can be used. Adjusting to the bandwidth, the signal Level etc. is usually done with the help of the software guided.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher er­ läutert. Es zeigen:The invention will be apparent from the drawing he closer purifies. Show it:

Fig. 1 ein Blockschaltbild für eine mit einer Elektronik ver­ sehene Infrarot-Bildkamera und Fig. 1 is a block diagram of a ver with an electronics ver infrared camera and

Fig. 2 einen Überblick über Kombinationen verschiedener Elektro­ nik-Module. Fig. 2 is an overview of combinations of various electronic modules nik.

Wie die Darstellung nach Fig. 1 zeigt kann eine Infrarot-Bild­ kamera aus einer Vielzahl alternativ auswählbarer Sensorköpfe 1 a, 1 b,...1 n bestehen, dessen jeweiliges Zentralelement mit ei­ nem Mosaikwandler bestückt ist. Die nach anwendungsspezifischen Gesichtspunkten auswählbaren Sensorköpfe 1 können z.B. für 512 × 512 Bildpunkte, einem Material aus Indium-Silizium be­ stehen und eine hybride Struktur oder Zwischenzeilenabtastung aufweisen. Außerdem ist es bei hybrider Struktur und 512 × 512 Bildpunkten auch möglich Platin-Silizium als Werkstoff für den Mosaikwandler zu benutzen. Die Bildpunkte können auch 512 × 128 bzw. 256 × 256 Elemente oder beliebig andere Kombinationen umfassen. Daher kann sich eine große Vielfalt auswählbarer Sen­ sorköpfe ergeben.As the illustration of FIG. 1 shows an infrared camera image from a variety of alternatively selectable sensor heads 1 a , 1 b , ... 1 n consist whose respective central element is equipped with egg nem mosaic converter. The sensor heads 1, which can be selected according to application-specific aspects, can be, for example, 512 × 512 pixels, a material made of indium silicon, and have a hybrid structure or inter-line scanning. In addition, with a hybrid structure and 512 × 512 pixels, it is also possible to use platinum-silicon as the material for the mosaic converter. The pixels can also comprise 512 × 128 or 256 × 256 elements or any other combinations. Therefore, a wide variety of selectable sensor heads may result.

In der nachgeschalteten Elektronik 2 werden die Bildverarbei­ tungsfunktionen integriert, welche für eine Vielzahl von Anwen­ dungen relevant sind. Der Aufbau dieser Elektronik ist dabei modular gestaltet, so daß ein breiter Einsatz von Infrarot-Bild­ sensoren für verschiedene Gebiete möglich ist. Außerdem ist die Elektronik so beschaffen, daß sie nicht nur Signale heutiger Mo­ saikdetektoren sondern auch solche mit 512 × 512 Bildpunkten und mehr, d.h. zukünftiger Detektoren verarbeiten kann. In grober Unterteilung kann die Elektronik aus einer Interfacestufe 4 be­ stehen, welche die Signale des eingesetzten Sensors 1 für eine nachfolgende Verarbeitungs- und Auswertstufe 5 wandelt. Diese Verarbeitungs- und Auswertstufe 5 steuert entweder direkt ein Bilddarstellungsgerät 3 an oder schaltet die Daten auf ein - Interface 6 zur Ansteuerung eines Multisensors - Busses.In the downstream electronics 2 Bildverarbei the functions are integrated, which are relevant for a variety of appli cations. The structure of this electronics is designed modular, so that a broad use of infrared image sensors for different areas is possible. In addition, the electronics are such that they not only signals of today's Mo saikdetektoren but also with 512 × 512 pixels and more, ie future detectors can handle. In coarse subdivision, the electronics from an interface stage 4 be available, which converts the signals of the sensor 1 used for a subsequent processing and evaluation stage 5 be . This processing and evaluation stage 5 controls either directly an image display device 3 or switches the data to a - interface 6 for controlling a multi-sensor - bus.

Je nach Einsatzforderungen können beispielsweise folgende Grup­ pierungen für Infrarot-Bildsensoren unterschieden werden:Depending on the application requirements, for example, the following Grup pations for infrared image sensors:

Anwendungapplication Funktionfunction Beobachtungobservation - Vorverarbeitung- preprocessing - automatische Optimierung der Bildqualität- automatic optimization of image quality - Normwandler (CCIR, NTSC)- standard converter (CCIR, NTSC) - Option: automatische Zielerfassung und Nachführung- Option: automatic target acquisition and tracking Manuell gesteuerte VerlustgeräteManually controlled loss devices - Vorverarbeitung- preprocessing - LWL-Kopplung- Fiber optic coupling - Optimierung der Bildqualität- Optimization of image quality - Normwandler- standard converter - Interfacing- Interface Autonome VerlustgeräteAutonomous loss devices - Vorverarbeitung- preprocessing - automatische Zielerfassung- automatic target acquisition - Positionsbestimmung, Nachführung- Position determination, tracking - Interfacing- Interface EchtzeitaufklärungReal-time education - Vorverarbeitung- preprocessing - Optimierung der Bildqualität- Optimization of image quality - automatische Zielerfassung, Positionsbestimmung, Nachführung- automatic target acquisition, position determination, tracking - Normwandler- standard converter - Bilddatenreduktion (für störsichere Datenübertragungsstrecken)- Image data reduction (for interference-free data transmission links) - Interfacing- Interface

Mit der Funktion Interfacing ist eine anwendungsorientierte in­ telligente Baueinheit bezeichnet, welche zum einen eine BUS- Schnittstelle für die Rückkopplung eines Bildbeobachters auf den Sensor zuläßt bzw. Ergebnisse der Sensorelektronik, wie z.B. Zielkoordinaten, an den Lenkrechner des Gesamtsystems übermit­ telt. Andererseits besteht die Möglichkeit, andere Sensoren z.B. akustische mit dem Infrarot-Bildsensor auf einer hohen Abstraktionsebene zu verknüpfen und damit eine Basis für ein Multisensorsystem zu schaffen.The function Interfacing is an application oriented in intelligent building unit, which on the one hand is a BUS Interface for the feedback of a picture observer on the Sensor allows or results of the sensor electronics, such. Destination coordinates, to the steering computer of the overall system übermit telt. On the other hand, there is the possibility of other sensors e.g. acoustic with the infrared image sensor on a high Link abstraction level and thus a basis for a To create a multi-sensor system.

Bei einer Überprüfung der zu den Anwendungen gehörenden Funk­ tionen kann eine hohe Deckungsgleichheit festgestellt werden. Diese Tatsache wird innerhalb des Infrarot-Bildsensors zum Auf­ bau modularer für die Funktionen zugeschnittener Baustufen be­ nutzt, so daß sich durch Hinzufügen, Weglassen oder Austausch von Baustufen anwendungsspezifische Bildsensoren zusammenstel­ len lassen. Das bedeutet ein und dasselbe Gerät ist für ver­ schiedene Aufgaben verwendbar. Die Erfindung erlaubt es daher, in der sensorinternen Elektronik folgende Funktionen zu re­ alisieren:When checking the radio belonging to the applications a high degree of congruence can be established. This fact becomes apparent within the infrared image sensor construction of modular construction stages tailored to the functions uses, so that by adding, omitting or exchange from construction stages to application-specific image sensors let it go. That means one and the same device is for ver different tasks usable. The invention therefore allows in the sensor-internal electronics following functions to re ALISE:

• - Detektor-Ansteuerung- Detector control
• - Vorverarbeitung- preprocessing
• - automatische Objekterfassung, Positionsbestimmung, Nachführung- Automatic object detection, position determination, tracking
• - Grafik- Graphic
• - automatische Bildverbesserung - automatic image enhancement  
• - Normwandler- standard converter
• - Datenreduktion- Data reduction
• - Interface (MIL-BVS Multisensorik)- Interface (MIL-BVS multi-sensor system)

Fig. 2 zeigt einen Infrarot-Bildsensor und mehrere alternativ auswählbare Baustufen zum Aufbau der Elektronik 2 nach Fig. 1. FIG. 2 shows an infrared image sensor and several alternatively selectable construction stages for constructing the electronics 2 according to FIG. 1.

Claims (4)

1. Schaltungsanordnung für Infrarot-Bildsensoren mit einem Mosaikdetektor und einer zur Signalaufbereitung nachgeschalteten Elektronik, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronik (2) aus modularen und programmierbaren Baustufen für bestimmte Bildverarbeitungsfunktionen besteht zur Einstellung einsatz- und/oder anwendungsspezifischer Signalparameter.1. Circuit arrangement for infrared image sensors with a mosaic detector and a signal conditioning downstream electronics, characterized in that the electronics ( 2 ) consists of modular and programmable construction stages for certain image processing functions for setting operational and / or application-specific signal parameters. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronik (2) durch Aus­ tausch, Hinzufügen oder Entfernen von Baustufen für anwendungs­ spezifische Aufgaben anpaßbar ist.2. A circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the electronics ( 2 ) by exchanging, adding or removing stages of construction for application-specific tasks is adaptable. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß in der Elektronik (2) eine Anpassung an die Bandbreite, den Signalpegel usw. des Sensorsignals durch entsprechende Programmierung der Bau­ stufen erfolgt.3. A circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that in the electronics ( 2 ) adjustment to the bandwidth, the signal level, etc. of the sensor signal by appropriate programming of the construction stages takes place. 4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektro­ nik (2) für unterschiedliche Sensorköpfe (1) einsetzbar ist.4. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the electrical system ( 2 ) for different sensor heads ( 1 ) can be used.