DE2152029C3 - Elektronischer Bildcodierer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Bildcodierer der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung. Bei sämtlichen Bildcodiervorrichtungen wie sie gegenwärtig in Gebrauch sind, erfolgt die Abtastung nach einem regulären Muster, zumeist in zeilenweiser Abtastung mit Zeilensprung, jedoch a-'ch in reihenweiser Abtastung oder spiralförmiger Abtastung. Dies führt dazu, daß jeder Bildpunkt des Feldes gleich lange und in gleichen Zeitintervallen abgetastet wird.

Zur Bildabtastung findrn neuerdings Sekundärelektronen-Vidikons Verwendung, bei denen die aus der Photokathode beschleunigten Elektronen auf eine nicht leitfähige Fangelektrode fokussiert werden, wo sie durch einen Lawinenprozeß verstärkt werden, der zur Entstehung von Sekundär-Elektronen führt. Die Elektronen fließen über eine leitfähige Elektrodenplatte ab und lassen an jedem Punkt der Fangelektrode eine positive Ladung zurück, die proportional zur Anzahl der Photonen ist, welche während der Belichtungszeit an dem äquivalenten Punkt der Photokathode eintreffen. Da helle und dunklere Bildpunkte gleich oft und in der gleichen Zeit abgetastet werden, gilt für alle Bildpunkte die gleiche Belichtungszeit, wodurch sich ein bestimmter dynamischer Bereich ergibt, der im allgemeinen bei 100:1 liegt.

Der Erfindung lie^t die Aufgäbe zugrunde, den dynamischen Bereich derartiger Bildcodierungsvorrichiungen zu erweitern.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Durch diese Ausbildung wird es möglich, die

ϊ Abtastung nach einem vorbestimmten sich nach dem jeweiligen Bild richtenden Muster vorzunehmen. Dabei kann bei einer ersten regulären, beispielsweise zeilenweisen Abtastung die Helligkeitsverteilung festgestellt und in der Weise in einem Digital-Computer gespeichert werden, daß das Abtastprogramm, was bei den folgenden Abtastungen durchgeführt wird, sich nach dieser Helligkeitsverteilung richtet Die Helligkeiten eines vorbestimmten Bereiches werden in Bildpunkten vorbestimmter Speicheradressen zusammengefaßt und

is die unregelmäßige Abtastung erfolgt in der Weise, daß die Punkte unterschiedlich belichtet werden, d. h, dunklere Bildpunkte werden in der Sequenz seltener oder später abgetastet als helle Bildpunkte, so daß bei dunklen Bildpunkten mehr Photonen auftreffen können und eine größere positive Ladung aufbauen können, bevor bei eier nächsten Abtastung eine Entladung erfolgt

Auf diese Weise läßt sich unter Zuhilftnahme einer genügend großen Anzahl von Speicherplätzen der dynamische Bereich beliebig weit dehnen, jedenfaüs so weit wie es dem dynamischen Bereich der Wiedergabevorrichtu.igen entspricht

Die Erfindung ist mit Vorteil auch anwendbar für Vorrichtungen zum Nachweis und zum Messen elektromagnetischer Spektren mit Hilfe einer Kameraröhre, wobei das Spektrum entsprechend dev Speicherkapazität des Computers auseinandergezogen werden kann.

Nach der Erfindung wird bei der die Helligkeitspunktgruppen festlegenden Erstabtastung der Elektronenstrahl mit Hilfe der Speicheradressen so gerichtet daß er zunächst Bildpunkte abtastet auf denen die hohen Beleuchtungspegel vorhanden sind, während nur schwach beleuchtete Flächen nicht oder später bzw. seltener abgetastet werden. Hierdurch wird es mögiich, auf den dunkleren Bereichen ein Signal durch eine zeitliche Integration aufzubauen. Bildpunkte hoher Beleuchtungsintensität werden also sofort abgetastet, während Rächen mit geringerer Intensität nur abgetastet werden, wenn sich ein Signal in einem hirreichenden Ausmaß aufgebaut hat so daß sirh ein relativ großer Störabstand ergibt Auf diese Weise wird der »beobachtete« Kontrast um einen Faktor vergrößert der gleich der Anzahl der durchgeführten Abtastvorgänge ist.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfin dung anhand der Zeichnungen erläutert In den Ze^:chr» jngen zeigt

F i g. 1 in einem schematischen Blockschaltbild eine digital steuerbare Kameravorrichtung,

F i g. 2 in einem schematischen Blockschaltbild den Aufbau des Datenspeicher- und Steuerteils der Ausführungsform nach F i ψ 1,

F i g. 3 in einem Blockschaltbild den Ablauf des Programms beim Betrieb der Vorrichtung nach F i g. 1,

F i g, 4 ein schematisches Blockschaltbild einer anderen Ausführungsform einer digital steuerbaren Kamera-Vorrichtung,

F i g. 5 ein schematiches Blockschaltbild eines typischen Datenspeicher- und Steuerteils für die Kämeravorrichtung nach F i g. 4 und

Fig. 6 teilweise in einem Blockschaltbild und teilweise schematisch eine Spektromelervorrichlung.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung umfaßt eine elektronische Kamera 20 mit einer Bilderzeugungsröhre, z. B. einem Bildorthikon, einem Sekundärelektronenleitungs-Vidikon oder dergleichen. Da der Aufbau und die Wirkungsweise solcher Röhren bekannt sind, dürfte sich eine nähere Eirläuterung erübrigen. Es sei lediglich erwähnt, daß solche Röhren ein Bild dadurch ablesen, daß sie einen Elektronenstrahl einschalten und seine Lage bestimmen, und daß sie ein Ausgangssignal erzeugen, das dor Bildintensität an dem jeweils abgelesenen Bildpunkt entspricht. Die Kamera 20 umfaßt Eingangsklemmen 24 und 26, die mit im Inneren der Kameraröhre angeordneten Platten oder Spulen verbunden sind, welche dazu dienen, die Ablenkung des Elektronenstrahls gegenüber der Bildebene in der Y- und X-Richtung zu steuern. Ferner umfaßt die Kamera insgesamt mit 2fl bezeichnete Anschlüsse, die es ermöglichen, der Kamera Signale zuzuführen, durch welche bestimmte Funktionen der Kamera, z. B. das Einschalten, das Abschalten, das Löschen usw., gesteuert werden. Schließlich umfaßt die Kamera 20 eine Ausgangsklemme 310, an der ein Signal erscheinen kann, das die Fläche bzvt. den Punkt auf der Fangelektrode repräsentiert, der durch den Elektronenstrahl in der Röhre abgetastet wird.

Die Klemmen 24 und 26 sind durch Leitungen 25 und 27 mit den Ausgangsklemmen von zwei Digital-Analog-Wandlern 32 und 34 verbunden. Die Eingangsklemmen der Wandler 32 und 34 sind über Leitungen 33 und 35 an eine Datenspeicher- und Steuereinrichtung 36 angeschlossen, bei dem es sich urn einen Digitalrechner für allgemeine Zwecke, eine Hartdrahtschaltung oder eine digitale Vorrichtung für spezielle Zwecke oder dergleichen handeln kann.

Die Klemme .50 ist mit dem Eingang eines Analog-Digital-Wandlers 38 verbunden, dessen Ausgangssignale der Speicher und Steuereinrichtung 36 über eine Leitung 39 zugeführt werden. Die Speicherund Steuereinrichtung umfaßt ferner ein allgemeines Steuerglied 40, das die Einrichtung 36 mit den

AncrhluQcpn 7Ä vprhinHpt Rpi Hpr hpvnrvucrtpn Äiicfüh-

rungsform sind eine Eingangsschalttafel oder eine Tastatur 42 zum Eingeben neuer Daten oder Befehle über eine Leitung 43 in die Steuereinrichtung 36 und eine Einrichtung 44 zum Darstellen der Ausgangssignale vorgesehen. Bei der Einrichtung 44 handelt es sich normalerweise um eine Kathodenstrahleinrichtung, einen Drucker oder dergleichen, mittels dessen bestimmte der Speichereinrichtung 36 entnommene !informationen od-er Daten, die durch eine Leitung 45 übermittelt werden, optisch dargestellt werden können. Gemäß F i g. 2 ist die Speicher- und Steuereinrichtung 36 auf typische Weise als einfacher Rechner ausgebildet, der notwendigerweise einen Befehlsspeicher oder eine Tabelle 46 umfaßt, in dem verschiedene Befehle mit geeigneten Adressen gespeichert werden können, ferner eine Adressentabelle 48 zum Aufnehmen eines vollständigen Satzes von Koordinaten, z. B. der ^-Koordinaten, sowie eine weitere Adressentabelle 49 zum Speichern des gesamten anderen Satzes von Koordinaten, z.B. der V-Koordinaten. Zusätzlich umfaßt die Speicher- und Steuereinrichtung einen Wortzähler 50, eine Speichereinrichtung 51 und eine logische Schaltung 52, die so ausgebildet ist, daß sie das Programm durchführt, das in Fig.3 in Form eines Fließbildes dargestellt ist Da alle vorstehend aufgeführten Einrichtungen von bekannter Art sind, dürfte sich eine nähere Erläuterung erübrigen. Die Tabellen 46, 48 und 49 sowie die Speichereinrichtung 51 sind sämtlich an die logische Schaltung 52 angeschlossen, so daß digitale Signale in beiden Richtungen zwischen den Tabellen und der logischen Schaltung sowie zwischen der Speichereinrichtung und der logischen Schallung übermittelt werden können. Der Wortzähler 50 iüt auf ähnliche Weise an die logische Schaltung 52 angeschloS'

ίο sen. Die logische Schaltung ist natürlich mit den Leitungen 33, 35, 39, 43 und 45 sowie mit dem Verbindungsglied 40 verbunden.

Die vorstehend beschriebene Anordnung arbeitet nach einem Programm der in F ig. 3 dargestellten Art.

\^r> Die logische Schaltung 52 sendet zuerst ein Signal über das Verbindungsglied 40 aus. um die Kamera 20 einzuschalten, woraufhin sie ein weiteres Signal aussendet, mittels dessen der Zustand der Kamera geprüft wird; mit anderen Worten, es wird geprüft, weiche Elemente sich im betriebfahigen Zustand befinden, welche Elemente eingeschaltet sind usw. Die logische Schaltung fragt dann den Wortzähler 50 ab, um ein Wortzählergebnis festzulegen, d. h, die Gesamtzahl der zu untersuchenden Auflösungselemente. Die erste digitale X-Koordinate wird dann der Tabelle 48 entnommen, während die entsprechende X-Koordinate der Tabelle 49 entnommen wird. Beide Koordinaten werden in den zugehörigen Digital-Analog-Wandlern 32 unC 35 in entsprechende analoge Spannungen verwandelt, die dann, wenn sie der Ablenkeinrichtung der Röhre 22 zugeführt werden, einen Elektronenstrahl auf einen bestimmten Punkt der Fangelektrode richten. Die logische Schaltung 52 entnimmt dann der Tabelle 46 eine Instruktion bzw. einen Befehl bezüglich des gerade gewählten Punktes auf der Fangelektrode. Typische Befehle lauten »Ablesen«, »Überspringen«, »Löschen« usw. Wenn der Befehl dahin lautet, daß ein Punkt auf der Fangelektrode abgelesen werden soll, wird z. B. die Elektronenstrahlquelle in der Röhre 22 betätigt. Da der Elektronenstrahl vorher so angeordnet worden ist. daß er den vorbestimmten Punkt auf der Fangelektrode abliest, entsteht ein Ausgangssignal, das die integrierte RiIHintpn<:ilä» an Hpm hptreffpnden Punkt der Faiwplpktrode repräsentiert und dem Wandler 38 zugeführt wird.

Dieser Wandler liefert das digitale Äquivalent des Ausgangssignals, und dieses Äquivalent wird dann in die Speichereinrichtung 51 eingegeben, bei der es sich in einem typischen Fall um einen Magnetkernspeicher oder dergleichen handelt. Nachdem der betreffende

so Punkt auf der Fangelektrode abgelesen worden ist, oder wenn der der Tabelle 46 entnommene Befehl negativ ist d.h, wenn ein Oberspringen befohlen wird, vennigert die logische Schaltung 52 das Wortzählergebnis, um eine Einheit, und nach dieser Subtraktion überprüft sie den Rest Wenn dieser Rest gleich Null ist, was anzeigt, daß keine weitere Verarbeitung durchzuführen ist, wird die gesamte Folge von Vorgängen beendet Wenn der Rest von Null verschieden ist, spielt sich das Programm erneut ab, so daß den Tabellen 48 und 49 eine neue X- und V-Adresse entnommen wird, woraufhin sich die Folge von Vorgängen von den betreffenden Punkten ausgehend wiederholt Wenn der Befehl dahin lautet, daß die Fangelektrode gelöscht werden soll, endet natürlich die Folge von Vorgängen mit der Ausführung dieses Befehls.

Das Eingeben von Daten in die Adressen- und Befehlstabeilen kann von der Tastatur 42 aus über die Leitung 43 und die logische Schaltung 52 erfolgen.

Entsprechend können in der Speiehereinrichtung 51 gespeicherte Daten über die Leitung 45 und die logische Schaltung 52 mit Hilfe der Einrichtung 44 sichtbar gemacht werden. Die logische Schältung, die Tabellen, die Speichereinrichtung, der Wortzähler, die Darstellungseinrichtung und die Tastatur können nach einem beliebigen von zahlreichen bekannten Verfahren aufgebaut sein. Für jeden Fachmann liegt es auf der Hand, daß das in Fig.3 dargestellte Programm mit Hilfe einer besonderen Schaltung oder aber mit Hilfe eines Rechners für allgemeine Zwecke in Verbindung mit einem geeigneten Steuerprogramm verwirklicht werden kann.

Wenn keine Bildpunkte auf der Fangelektrode abgelesen werden sollen, wird der Elektronenstrahl vorzugsweise ausgetastet oder abgeschaltet. Bei dieser Anordnung werden nicht ausgegebene Signale auf der Fangelektrode der Röhre gespeichert, so daß sie gegebenenfalls in einem späteren Zeitpunkt ausgegeben werden können. Wenn es sich bei der logischen Schaltung 52 um einen Rechner handelt, kann dieser Rechner so programmiert sein, daß er entscheidet, welche Bildpunkte abgelesen werden sollen, d. h, es wird nicht von einer Gruppe fester Adressen Gebrauch gemacht, die den Tabellen 48 und 49 über die Tastatur 42 eingegeben worden sind. Das gespeicherte Bild kann somit als eine Erweiterung der Speichereinrichtung 51 benutzt werden, da es sich bei dem gespeicherten Bild praktisch lediglich um Daten in analoger Form handelt.

Die Speichereinrichtung 51 und die logische Schaltung 55 können so ausgebildet sein, daß es möglich ist. den bereits in der Speichereinrichtung gespeicherten Daten weiteren Eingangsdaten hinzuzufügen. Mit anderen Worten, die in der Speichereinrichtung 51 an einer bestimmten Stelle gespeicherten digitalen Daten können abgerufen werden, sie können mit über die Leitung 39 eintreffenden neuen Daten summiert werden, und die Summe kann erneut in der Speichereinrichtung 51 gespeichert werden. Zu diesem Zweck könnte die logische Schaltung 52 die erforderlichen, auf bekannte Weise ausgebildeten Additionsschaltungen umfassen. Ein solches Summierungsverfahren kann zu

£ulC! Tt(UtMtIUiIgUVi vjtimutg^it Uta nuitSLiiAuuicu Ausmitteln der Signale und daher auch zu einer Verbesserung des Störabstandes führen.

Diese Möglichkeit. Bildpunkte wahlweise abzulesen, ist auch insofern von großer Bedeutung, als sie bei einer Ausführungsform der Erfindung dazu dient, eine erhebliche Erweiterung des effektiven dynamischen Bereichs der Vorrichtung zu erzielen. Wie erwähnt, kann man diese Vorrichtungen so betrachten, als ob sie gleichzeitig als Detektoren, als Verstärker und als Integratoren arbeiteten. Die Integrationsfähigkeit des Detektors ermöglicht es zusammen mit den selektiv abgelesenen Bildpunkten, den dynamischen Bereich der Vorrichtung in der nachstehend beschriebenen Weise zu erweitern.

Wie erwähnt, kann man in den Tabellen 48 und 49 Adressen speichern, die mit Hilfe der Tastatur 42 eingegeben werden. Es liegt jedoch auf der Hand, daß man die erforderlichen Daten auch dadurch erhalten kann, daß man die Fläche der Fangelektrode abfragt oder untersucht, um zu bestimmen, welche Bildpunkte gemäß einem vorbestimmten Parameter abgelesen werden sollen. Beispielsweise kann man die Vorrichtung so betreiben, daß die eine vollständige Rasterabtastung durchführt und die Koordinaten aller Büdpunkte oder Auflösungselemente liefert die ein Signal erzeugen, das Unter einer ersteh gewählten Amplitude liegt. Diese Signale werden ohne Rücksicht darauf, ob sie durch die Vorrichtung selbst erzeugt oder über die Tastatur 42 eingegeben werden, in der Speichereinrichtung 51, ζ. Β. ί in einem ersten Register für eine »niedrige« Intensität, gespeichert. Alle Punkte, die ein Signal liefern, das über der ersten Amplitude, jedoch unter einer gewählten zweiten Amplitude liegt, werden in der Speichereinrichtung 51 in einem zweiten Register für eine »niedrige« Intensität gespeichert usw. bis die Koordinaten aller Bildpunkte nach ihrer Helligkeit klassifiziert gespeichert worden sind. Wenn jetzt das Bild auf der Fangelektrode des Vidikons wieder hergestellt wird, kann man eine geeignete logische Schaltung vorsehen.

die das selektive Ausgeben der Bildpunkte nach ihrer Helligkeit befiehlt. Somit werden die Punkte mit der höchsten Intensität mit der höchsten Wiederholungsfrequen7 abgelesen, während die schwächeren Punkte weniger häufig abgelesen werden. Dies ermöglicht es den schwächeren Punkten zwischen aufeinanderfolgenden Ablesungen während einer längeren Zeitspanne eine Integration, d. h. das Ansammeln einer Ladung, zu bewirken.

Die willkürlich gewählten Amplitudenpegel oder

)■■, Schrittfaktoren, die benutzt werden, um die Intensiiätswerte der Bildpunkte zu klassifizieren, sind variabel, und sie werden bei einer typischen Anordnung durch das Programm bestimmt, wenn als Datenspeicher- und Sieuereinnchtung 36 ein Digitalrechner für allgemeine

jo Zwecke vorgesehen ist. In einem typischen Fall kann man acht Klassen von Bildpunkten festlegen, die zu acht entsprechenden Pegeln der Ausgabefrequenz führen, welche sich jeweils um den Faktor 2 unterscheiden. Somit werden die kräftigsten oder hellsten Punkte bei jedem grundlegenden Ausgabezeitzählergebnis abgelesen, wobei angenommen ist, daß die Vorgänge in der bei Rechnern üblichen Weise durch Taktsignalc gesteuert werden, der nächstschwächere Punkt wird bei jedem zweiten Zählergebnis abgelesen, der darauf folgende

■to schwächere Punkt wird bei jedem vierten Zählergebnis abgelesen usw.. und der schwächste Punkt wird jeweils bei jedem 128. Zählergebnis abgelesen.

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somit grundsätzlich, ein Signal von einem schwachen

•15 Bildpunkt zu erhalten, der z. B. durch 10 Photonen je Mikrosekunde erzeugt und über eine Millisekunde integriert wird, wobei dieses Signal bezüglich seiner Amplitude einem Signal äquivalent ist, das aus einem starken Bildpunkt gewonnen wird, der z. B. durch 1 x 10* Photonen je Mikrosekunde erzeugt und während einer Mikrosekunde integriert wird. Die Erweiterung des dynamischen Bereichs bzw. die Vergrößerung des Integrationsfaktors beträgt bei diesem Beispiel im Vergleich zum natürlichen dynamisehen Bereich der Röhre 10³. Benutzt man ein Sekundärelektronenleiturtgs- Vidikon, das von Natur aus einen großen dynamischen Bereich aufweist, führt eine solche selektive Integration und das Verfahren zum Ausmitteln der Signale zu einem dynamischen Bereich,

6ö der demjenigen eines Photoelektronenvervieifachers vergleichbar ist

F i g. 4 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform der Erfindung, die sämtliche Elemente der Vorrichtung nach F i g. 1 mit Ausnahme des Digital-Analog-Wandlers 34 und der Leitung 35 umfaßt Gemäß F i g. 4 ist an die Klemme 26 für die Ablenkung längs der y-Achse der Ausgang eines Kippgenerators 60 angeschlossen. Der Eingang dieses Kippgenerators ist durch eine Leitung

62 mit der Datenspeicher- und Steuereinrichtung 36 verbunden. Diese Ausführungsform arbeilet in der Weise, daß jeder Bildpunkt mit Hilfe einer Raumkoordinate, d. h. eines Signals an der Klemme 24, und einer zeitlichen Koordinate lokalisiert wird, die in diesem Fall der K-Adresse entnommen wird.

Damit die Vorrichtung nach F i g. 4 in der beschriebenen Weise arbeitet, isi die Speicher- und Steuereinrichtung 36 gemäß F i g. 5 etwas anders ausgebildet, und sie umfaßt entsprechend der Anordnung nach F i g. 2 ebenfalls die Tabellen 46, 48 und 49, den Wortzähler 50 und den Speicher 5). Die logische Schallung 52 ist bezüglich der zuletzt genannten Elemente und der Leitungen 45, 43, 39 und 33 im wesentlichen ebenso ausgebildet wie die in F ι g. 2 dargestellte. Jedoch ist die logische Schaltung 52 gemäß F i g. 5 so abgeändert, daß die Ausgangsleitung 35 an einen Satz von Eingängen einer Zähleinrichtung 64 angeschlossen ist. und daß sie eine weitere Ausgangsleilung 66 umfaßt, die sowohl mit dem Eingang eines Taktgebers 68 als auch mil einer Leitung 62 verbunden ist. Die logische Schallung 52 umfaßt eine nicht dargestellte Einrichtung zum Zuführen eines Startsignals oder Impulses zu der Leitung 66. der mit dem Zuführen der K-Adresseninformation zu dem Umstelleingang der Zähleinrichtung 64 zusammenfällt. Der Taktgeber 68 ist mit der Leitung 66 verbunden. So daß der Startimpuls den Taktgeber 68 in Gang setzt. Der Ausgang des Taktgebers 68 ist mit einem Zähleingang der Zähleinrichtung 64 verbunden. Die Zähleinrichtung 64 ist so ausgebildet, daß sie auf einen Wert eingestellt wird, der dem digitalen Wert des in der Leitung 35 erscheinenden Signals entspricht, und daß sie einen Ausgangs- oder Beendigungsimpuls in der Leitung 40 erscheinen läßt, wenn das Ergebnis der Zählung der Taktimpulse des Taktgebers 68 mit dem Wert übereinstimmt, der mit Hilfe des über die Leitung 35 zugeführten Signals eingestellt worden ist. Für jeden Fachmann ist ersichtlich, daß der Taktgeber, die Zähleinrichtung, die logische Schaltung und die K-Adressentabelle insgesamt praktisch einen Wandler bilden, der digitale Werte in Zeitspannen verwandelt.

Alternativ kann es sich, wie erwähnt, bei der Speicher- und Steuereinrichtung 36 um einen Rechner

tu der Ausführungsform nach F i g. 1 etwas anders programmiert ist.

Bei der Vorrichtung nach Fig.4 und 5 führt das bevorzugte Programm zu der nachstehend beschriebenen Folge von Vorgängen. Ebenso wie bei der Vorrichtung nach Fig. 1 wird der Ablesestrahl abgeichaltet oder ausgeblendet, wenn kein Bildpunkt abgelesen werden soll. Bei jedem Ablesevorgang wird die Pi-Adresse oder Koordinate durch die logische Schaltung 52 der AT-Adressentabelle über den Wandler 32 entnommen und dazu benutzt, ein Feld zu erzeugen, durch das der Ablesestrahl entsprechend der ^-Achse abgelenkt würde. Die K-Koordinate wird der K-Adressentabelle entnommen und durch die logische Schaltung 52 der Zähleinrichtung 64 eingegeben, um in ihr einen Wert einzustellen. Gleichzeitig liefert die logische Schaltung 52 einen »Starte-Impuls, der dem Taktgeber 68 zugeführt wird, um ihn in Gang zu setzen und ihn zu veranlassen, dem Zähleingang der Zähleinrichtung 64 eine Reihe von Taktimpulsen zuzuführen. Der in der Leitung 66 erscheinende »Start«-Impuls wird außerdem über die Leitung 62 einem Rampengenerator 60 zugeführt, um ihn in Gang zu setzen.

Somit wird der Klemme 26 der K-Ablenkspule oder -platte der Röhre 22 ein Ablenksignal zugeführt, das von einem Punkt auf der ^-Aehse ausgeht, der mit Hilfe dus der Klemme 24 ,'ugeführten Signals eingestellt worden ist. Während sich dieser Ablenkvorgang abspielt, zählt > die Zähleinrichtung 64 Taklimpulse, bis die Summe der Impulse gleich dem Wert der V-Koordinate ist, die der Zähleinrichlung über die Leitung 35 eingegeben worden ist. Sobald die Zählergebnisse übereinstimmen, wird die Zähleinrichtung veranlaßt, über die Leitung 40 ein

ίο Signal der Klemme 28 zuzuführen, um den Ablesestrahl kurzzeitig einzuschalten, damit der durch den Punkt auf der A"-Achse bestimmte Bildpunkt und die Zeit abgelesen wird, während welcher der Ablesestrahl längs der K-Achse abgelenkt worden ist.

Bei einer alternativen Anordnung braucht bei der Umwandlung der K-Adresse in eine Zeitkoordinate keine Zähleinrichlung benutzt zu werden. Vielmehr kann man einfach die K-Adresse in ein analoges Signal Verwandeln und dieses Signal mit dem Wert des der Klemme 26 zugeführten Rampensignals vergleichen. Wenn die beiden Signale ein vorbestimmtes Verhältnis zueinander erreichen und z. B. gleichwertig werden, kann ein Impuls erzeugt werden, um den Ableseslrahl einzuschalten. Eine geringfügige Abänderung kann darin bestehen, daß man die Rampenspannung digitalisiert und ihren digitalen Wert mit der K-Koordinate in einem Rechner vergleicht, um das erforderliche »Ablese«-Signal im richtigen Zeitpunkt zu erzeugen. Natürlich sind die X- und /-Achsen hier nur als Beispiel genannt, und die Ablenkung kann auch längs der -Y-Achse erfolgen, während die K-Achsenkoordinate vorher eingestellt wird, und es ist sogar möglich, mit Polarkoordinaten zu arbeiten.

Bei beiden Ausführungsformen erfindungsgemäßer Kameras ist als Bestandteil der Steuereinrichtung 36 vorzugsweise eine Anordnung vorgesehen, die dazu dient, eine normale Rasterabtastung zu bewirken, so daß die Fangelektrode gegebenenfalls kontinuierlich abgelesen werden kann, wie es bei einer typischen Fernsehbildabtastung geschieht. Eine solche Abtastung bewirkt eine vollständige Entladung der Fangelektrode, und sie kann daher dazu dienen, einen Löschbefehl auszuführen.

L/IC VUIOIbIICIIU LTC3V.III ICUCtlCl! VJI UllUgCualllVCll Ct* möglichen es, eine Spektrometeranordnung zu schaffen, die es gestattet, alle Wellenlängen innerhalb eines ziemlich breiten Spektralbandes im wesentlichen gleichzeitig und unter Erzielung eines breiten dynamischen Bereichs nachzuweisen und zu integrieren. Bei einem solchen Spektormeter wird vorzugsweise ein Sekundärelektronenleitungs-Vidikon benutzt, da solche Vorrichtungen als Isokone bei niedrigen Signalpegeln das stärkste Rauschen erzeugen, und da Orthikone bei niedrigen Signalpegeln nichtlinear arbeiten, während bei Vidikonen bei niedrigen Lichtpegeln die als Begrenzung wirkende Rauschquelle durch das Photoelektronen-Schrotgeräusch gegeben ist

In Fig.6 ist ein erfindungsgemäßes Spektrometer dargestellt, das eine Linse 70 zum fokussieren der Strahlung einer Spektralstrahlungsquelle 72 durch einen Schlitz 74 einer Platte 76 umfaßt. Ferner ist ein schematisch angedeuteter Verschluß 78 vorgesehen, der dazu dient, die Strahlung zu regeln, die von dem Schlitz 74 aus auf ein erstes optisches Dispersionselement, z. B.

ein Prisma 80, fällt, so daß die Strahlung dispergiert bzw. zerstreut wird, um ein längs einer festen Achse ausgebreitetes Spektrum zu erzeugen. Ferner umfaßt das Spektrometer einen ersten Spiegel 82, der

ii

vorzugsweise erne kugelförmige reflektierende Fläche besitzt und so angeordnet ist, Haß er das dureh das Prisma 80 erzeugte Spektrum auf ein zweites optisches Zerstreuunsselement, z. B. ein Stufengitter 84, leitet. Das Stufengitter 84 ist vorzugsweise so behandelt (blazed), daß es eine mittlere Anzahl von Ordnungen erzeugt, und eine Auflösungskraft zwischen den Echelon- und Echelette-Gittem liefert. Das Stufengitter 84 ist so angeordnet, daß es die von dem Spiegel 82 kommende Strahlung in einen Satz von Ordnungen m zerlegt, die längs einer zweiten Achse ausgebreitet sind, welche sich im rechten Winkel zu der ersten Zerstreuungsachse des Prismas 80 erstreckt. Ein zweiter gekrümmter Spiegel 86 dient dazu, die durch das Stufengitter 84 erzeugten Ordnungen zu bündeln und sie auf einer Brennebene zu fokussieren.

Für den Fachmann ist ersichtlich, daß es sich bei dem vorstehend beschriebenen optischen System um ein typisches Kreuzzerstreuungssystem derjenigen Art handelt, welches einen Satz von Spektralbildordnungen liefert, von denen jede dadurch gekennzeichnet ist, daß sie annähernd der Regel entspricht, die besagt, daß π A₀ gleich k ist, wobei Ao die mittlere Wellenlänge jeder Ordnung, η die Nummer der Ordnung und k eine Konstante ist. Beispielsweise ist ein Spektrum, das durch 2i das Prisma 80 erzeugt wird, und eine Länge von etwa 1500 mm hat, in zehn Abschnitte mit einer Länge von je etwa 150 mm unterteilt, die übereinander angeordnet sind, wobei jeder Abschnitt einen anderen der aufeinanderfolgenden Abschnitte des Spektrums bildet. Hierbei ist es ohne weiteres möglich, gegebenenfalls eine annähernd »quadratische« Anordnung zu erzielen.

Zwar kann man die verschiedensten Arten von optischen Zerstreuungselementen benutzen, doch wird vorzugsweise mindestens ein Element benutzt, das eine im wesentlichen nichtlineare Zerstreuung bewirkt, so daß die seitlichen Abstände zwischen benachbarten Ordnungen bei der endgültigen Anordnung annähernd die gleichen sind.

In der Brennebene, auf die der Spiegel 86 das Spektrum fokussiert, ist die Fangelektrode der Röhre 22 der Kamera 20 angeordnet, so daß die Teile des Spektrums zusammengefaßt auf der Fangelek.rode erscheinen. Um die Darstellung zu vereinfachen, sind die Wandler 32 und 34 nach Fig. 1 in Fig.6 zu einer Abtastsleuereinrichtung 92 zusammengefaßt, die an die insgesamt mit 93 bezeichneten Steuerklemmen angeschlossen ist. Die Vorrichtung umfaßt einen Analog-Digital-Wandler 38, dessen Eingang an die Ausgangsklemnie 30 der Kamera 20 angeschlossen ist. Die Datenspeicher- und Steuereinrichtung 36, die Eingabetastatur 42, die Darstellungseinrichtung 44 und die zugehörigen Leitungen nach F i g. 1 und 4 sind in F i g. 6 zusammengefaßt und in Form eines Rechners 94 dargestellt. Dieser Rechner ist in der schon beschriebenen Weise durch ein Verbindungsglied 40 mit Steuerklemmen 28 der Kamera sowie mit dem Eingang o'er Abtaststcuereinrichtung 92 verbunden.

Das auf der Fangelektrode der Röhre 22 erscheinende Spektrum ist bezüglich der Wellenlänge sehr weitgehend linear, und es kann erwartet werden, daß eine bestimmte Spektrallinie jeweils nahezu genau am gleichen Punkt der Fangelektrode erscheint. Wenn von einem Punkt zu einem anderen Punkt fortgeschritten werden soll, erfordert dies daher nur eine relativ einfache Berechnung. Wenn sich nach der Untersuchung durch den Rechner gemäß der vorstehenden Beschreibung, die möglicherweise nur zum Zweck des Eichens durchgeführt worden ist, das Spektralmuster auf der Fangelekirode verlagert hat, kann die ursprüngliche Beziehung durch eine einfache lineare Transformation des Ursprungs des Koordinatensystems oder durch eine Drehung um den Ursprung oder durch eine Kombination beider Maßnahmen wieder hergestellt werden. Aus der vorstehenden Beschreibung der Wirkungsweise der Kamera und der ihr zugeordneten Elemente ist ersichtlich, daß es das Spektrometer auf bequeme Weise, ermöglicht, die spektrale Intensität einer gewählten Anzahl von Spektrallinien zu messen. Hierdurch ergeben sich natürlich sehr erhebliche Zeitersparnisse, da eine Untersuchung aller übrigen Teile des Spektrums vermieden wird, die von nur geringem oder überhaupt keinem Interesse sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (26)

Patentansprüche:

1. Elektronischer Bildcodierer mit einer elektrooptischen Bilderzeugungseinrichtung mit einer Anordnung zum Erzeugen eines Elektronenstrahls zum Abtasten eines auf einer Bildfläche der Bilderzeugungseinrichtung erzeugten Bildes, einer Einrichtung zum Steuern der seitlichen Ablenkung des Elektronenstrahls und einer Einrichtung zum Erzeugen von Ausgangssignalen, die der Intensität des mit Hilfe des Elektronenstrahls abgetasteten Bildes entsprechen, gekennzeichnet durch eine digitale Steueranordnung, die eine Einrichtung (36) zum Speichern mehrerer Paare von digitalen Signalen umfaßt, die jeweils einem Paar Koordinaten eines zugehörigen vorbestimmten Punktes auf der Bildfläche entsprechen, ferner Einrichtungen (32, 34) zum Umwandeln gewählter Paare der digitalen Signale in entsprechende Paare von Steuersignalen mit analogen Werten sowie eine Einrichtung zum Zuführen der Steuersignale zu der Einrichtung zum Steuern der seitlichen Ablenkung.

2. Büdcodierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Paare von digitalen Signalen jeweils einem Paar Kartesischer Koordinaten entsprechen.

3. Bildcodierer nach Anspruca 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die es ermöglicht, in Form einer Folge einen Satz von Paaren der digitalen Signale zu wählen, die in entsprechende analoge Signale verwandelt werden.

4. Bildcodieier nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrieb lung, d' - es ermöglicht, eine Folge von Paaren der digitalen Signale zu wählen, einen Digitalrechner umfaßt, der linen Befehlsspeicher (46) und eine Einrichtung (52) zum Zuführen von Befehlen zu dem Befehlsspeicher zum Zweck des Wählens des Satzes von Signalpaaren umfaßt

5. Bildcodierer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrooptische Bilderzeugungseinrichtung (22) ein Zwischenbildorthikon ist.

6. Bildcodierer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bilderzeugungseinrichtung (22) ein Sekundärelektronenleitungs-Vidikon ist.

7. Bildcodierer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (38) zum Umwandeln der Ausgangssignale in entsprechende digitale Werte vorgesehen ist.

8. Bildcodierer nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (51) zum Speichern der digitalen Werte.

9. Bildcodierer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum selektiven Aktivieren der Einrichtung zum Erzeugen des Elektronenstrahls derart, daß für jeden Punkt auf der Bildfläche ein Ausgangssignal erzeugt wird, das einem Paar der Steuersignale entspricht, die der Einrichtung zum Steuern der seitlichen Ablenkung zugeführt werden,

10. Bildcodierer nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Fangelektrode, die die Bildfläche bildet und geeignet ist, die auf jeden Punkt der Bildfläche fallende Strahlung zu integrieren, sowie eine Einrichtung zum Aktivieren der Einrichtung zum Erzeugen des Elektronenstrahls mit einer Wiederholungsfrequenz für jeden der erwähnten Punkte, die in einer Beziehung zur Intensität der Strahlung steht, welche während einer Einheitszeitspanne auf jeden der Punkte fällt

11. Bildcodierer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnte Wiederholungsfrequenz im wesentlichen in einer umgekehrten Beziehung zu der Intensität der Strahlung steht.

IZ BiWcodierer nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Festlegen mehrerer Kategorien von Paaren digitaler Signal entsprechend der relativen Intensität der Bildpunkte während der erwähnten Zeitspanne entsprechend den Paaren von digitalen Signalen.

13. Bildcodierer nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Löschen eines Bildes auf der Bildfläche.

14. Bildcodierer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Signal jedes Paars digitaler Signale eine Raumkoordinate und das andere Signal jedes Paars ein Zeitsignal repräsentiert, und daß die Anordnung zum Steuern der seitlichen Ablenkung eine Einrichtung zum Führen des Elektronenstrahls gegenüber der Bildebene in der Querrichtung sowie eine Einrichtung umfaßt, die dazu dient, den Elektronenstrahl im rechten Winkel zu der genannten Richtung entsprechend dem Steuersignal zu positionieren, das der Raumkoordinate entspricht

15. Bildcodierer nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum selektiven Aktivieren der Einrichtung zum Erzeugen des Elektronenstrahls derart, daß ein Ausgangssignal für jeden Punkt auf der Bildfläche erzeugt wird, das einem Paar der Steuersignale entspricht, die der Einrichtung zum Steuern der seitlichen Ablenkung zugeführt werden.

16. Bildcodierer nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrooptische Bilderzeugungseinrichtung (22) ein Zwischenbildorthikon ist

17. Bildcodierer nach einem der Ansprüche 14 bis

16, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Umwandeln des erwähnten anderen Signals jedes Paars in ein Zeitintervall.

18. Bildcodierer nach einem der Ansprüche 14 bis

17, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die das erwähnte andere Signalpaar mit einem zeitabhängigen Vorgang vergleicht, so daß dann, wenn eine vorbestimmte Beziehung zwischen dem anderen Signal und diesem Vorgang besteht, die Einrichtung zum Erzeugen des Elektronenstrahls aktiviert und der Elektronenstrahl erzeugt wird.

19. Bildcodierer nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Führen des Elektronenstrahls eine Anordnung zürn Erzeugen eines zeitabhängig variierenden Abtastsignals umfaßt, und daß es sich bei dem erwähnten Vorgang um dieses Abtastsignal handelt.

20. Bildcodierer nach Anspruch 18 oder 19. dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zum Durchführen des erwähnten Vergleichs einen Taktgeber (68) zum Erzeugen einer Reihe von Taktimpulsen umfaßt, ferner eine Zähleinrichtung (64) zum Zählen der Taktimpulse, eine Einrichtung zum Erzeugen eines zeitabhängig variierenden Abtastsignals, sowie eine Einrichtung zürn Einleiten des Zählvorgangs der Zähleinrichtung in einer

zeitlichen Beziehung zur Erzeugung des Abtasisignals, und daß es sich bei dem erwähnten Vorgang darum handelt, daß die Zähleinrichtung ein bestimmtes Zählergebnis erreicht

21. Bildcodierer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (72, 70,76, 78, 80, 82, 84, 86) zum Erzeugen eines Bildes eines optischen Spektrums auf der Bildfläche sowie durch eine Einrichtung zum selektiven Aktivieren der Einrichtung zum Erzeugen des Elektronenstrahls derart, daß ein Ausgangssignai erzeugt wird, das jedem der vorbestimmten Punkte entspricht

22 Bildcodierer nach einem der Ansprüche 14 bis 21, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (38) zum Umwandeln der erwähnten Ausgangssignale in entsprechende digitale Werte.

23. Bildcodierer nach Anspruch 2!, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen des Büdes ein optisches Kreuzzerstreuungssystem und eine Einrichtung zum Projizieren des kreuzweise zerstreuten Bildes auf die Bildfläche umfaßt

24. Bildcodierer nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildfläche geeignet ist, die auf jeden ihrer Punkte fallende Strahlung zu integrieren.

25. Bildcodierer nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Zerstreuungselement des optischen Kreuzzerstreuungssystems eine nichtlineare Zerstreuung bewirkt

26. Bildcodierer nach einem der Ansprüche 21 bis 25, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Aktivieren der Einrichtung zum Erzeugen des Elektronenstrahls mit einer Frequenz, die für jeden der erwähnten Punkte im wesentlichen in einer umgekehrten Beziehung zur Intensität der Strahlung steht, die während eines Einheitszeitintervalls auf jeden der erwähnten Punkte fällt