DE69633703T2

DE69633703T2 - Wärmebildgerät

Info

Publication number: DE69633703T2
Application number: DE69633703T
Authority: DE
Inventors: Richard Torrance Chin; Timothy L. Torrance Gallagher
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1995-09-06
Filing date: 1996-09-05
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2016-09-06
Also published as: ES2227571T3; JP2875511B2; IL119205A0; EP0762746B1; IL119205A; EP0762746A2; US5682035A; EP0762746A3; DE69633703D1; JPH09181965A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der Abbildungseinrichtungen. Im einzelnen betrifft die vorliegende Erfindung Einrichtungen zum Empfangen von unsichtbarem Infrarotlicht von einer Szenerie her und zur Lieferung eines Bildes sichtbaren Lichtes, welches die Szenerie wiedergibt.
Zugehörige Technologie
Nachtsichtgeräte sind seit vielen Jahren verfügbar. Eine Kategorie dieser herkömmlichen Nachtsichtgeräte verwendet eine Bildverstärkertechnologie. Diese Technologie wird verwirklicht, indem ein Gerät eingesetzt wird, das allgemein als Bildverstärkerröhre bekannt ist. Die Bildverstärkerröhre ist im wesentlichen ein frequenzverschiebendes und verstärkendes Gerät, welches Umgebungslicht empfängt, wobei dieses Licht sichtbares Licht enthalten kann, das zu schwach ist, um eine natürlich Darstellung zu liefern (d. h. sogenannte Sternenlichtansichten), oder unsichtbares infrarotnahes Licht in einem ersten Frequenzband enthalten kann und in Abhängigkeit hiervon ein stark intensiviertes sichtbares Bild in einem phosphoreszierenden, monochromatischen gelb-grünen Licht liefert.
Ein solches Bildverstärker-Nachtsichtgerät verwandelt verfügbares Umgebungslicht niedriger Intensität in sichtbares Licht um, welches ein menschlicher Benutzer des Gerätes zur Überwachung oder zum Ausrichten einer Waffe beispielsweise unter Lichtbedingungen verwendet, die zu gering sind, um eine Szenerie durch natürliche Betrachtung zu beobachten. Diese Bildverstärker-Nachtsichtgeräte erfordern ein gewisses Restlicht, beispielsweise Mondlicht oder Sternenlicht, um damit zu arbeiten. Dieses Licht ist im allgemeinen reich an infrarotnaher Strahlung, welche für das menschliche Auge unsichtbar ist. Die gegenwärtige Generation von Nachtsichtgeräten verwendet ein photoelektrisch empfindliches „Fenster", das als Photokathode zu bezeichnen ist, das auf das schwache oder unsichtbare Umgebungslicht anspricht, das auf dieses Fenster von einer unsichtbaren Szenerie her fokusiert wird, um ein Muster von Photoelektronen hervorzubringen, welche als Raumladung unter dem Einfluß eines angelegten elektrostatischen Feldes fließen und die zu betrachtende Szenerie wiedergeben. Diese Muster von Photoelektronen wird an eine Mikrokanalplatte gegeben, welche das Elektrodenmuster auf einen bedeutend höheren Pegel verstärkt. Um diese Verstärkung an der Mikrokanalplatte zu erreichen, wird das Muster von Photoelektronen in eine Vielzahl von kleinen Kanälen (oder Mikrokanälen) eingeführt, welche sich auf der gegenüberliegenden Seite der Platte öffnen. Durch die Sekundärelektronenemission der Elektronen an den Innenflächen dieser Kanäle entsteht ein reicher Fluß von Elektronen in einem Muster entsprechend dem Bild des niedrigen Pegels. Der Fluß von Elektronen mit einer Intensität bedeutend über derjenigen, welche die Photokathode erzeugt, wird dann auf einen Leuchtschirm gerichtet, wiederum durch Anlegen eines elektrostatischen Feldes. Der Leuchtstoff des Schirmes erzeugt ein Bild im sichtbaren Lichtbereich, welches das Bild niedriger Intensität wiedergibt.
Bildverstärkerröhren haben sich von der sogenannten „ersten Generation" bis hin zu der jüngeren „dritten Generation" entwickelt, wobei die Röhren der dritten Generation eine größere Verstärkung des verfügbaren Lichtes und größere Empfindlichkeit gegenüber Infrarotlicht etwas tiefer hinein in den Infrarotbereich des Spektrums bieten. Diese Bildverstärkergeräte sind jedoch bezüglich der Tiefe, mit der sie in den Infrarotbereich des Spektrums hineinarbeiten, beschränkt.
Eine andere Kategorie von herkömmlichen Nachtsichtgeräten wird durch Geräte repräsentiert, welche eine tieftemperaturgekühlte Fokalebenenanordnung bei der thermischen Abbildung verwenden. Diese Geräte verwenden einen photoelektrisch empfindlichen Detektor, der auf eine Temperatur im Tieftemperaturbereich gekühlt wird, um unerwünschte thermische Störungen herabzusetzen. Der Detektor enthält eine Mehrzahl von Detektorelementen oder „Pixeln" von denen jedes ein elektrisches Signal liefert, das ein Maß für den Fluß von Infrarotlicht ist, das auf das Detektorelement trifft. Einige dieser Geräte verwenden eine blickausgerichtete Fokalebenenanordnung während andere Geräte eine lineare Fokalebenenanordnung von Detektorelementen aufweisen und die Verwendung eines Abtasters benötigen, um der Reihe nach Teile der betrachteten Szenerie über den Detektor zu bewegen. In jedem Falle kann aufgrund der Kühlung des Detektors auf Kryogentemperaturen ein elektrisches Ansprechen auf unsichtbares Infrarotlicht erhalten werden, daß bedeutend tiefer in den Infrarotteil des Spektrums reicht, als dies mit Bildverstärkergeräten möglich ist. Das elektrische Signal, welches durch einen solchen Detektor geliefert wird, muß verarbeitet und in ein sichtbares Bild umgewandelt werden. Zu diesem Zwecke verwendeten viele Geräte dieser Kategorie Kathodenstrahlröhren, Flüssigkristallanzeigen und andere Anzeigetechnologien zur Lieferung eines sichtbaren Bildes für den Benutzer des Gerätes.
Herkömmlicherweise war es in der Technik der thermischen Abbildungsgeräte bekannt, den Signalpegel von der Szenerie einer Mittelwertbildung zu unterziehen, um den Verstärkungsgrad zu steuern, der den Bildsignalen von der Szenerie vermittelt wird. Dieses gemittelte Verstärkungssignal zieht sämtliche thermischen Quellen in dem Gesichtsfeld des herkömmlichen Gerätes in Betracht und bringt einen Verstärkungsfaktor zur Anwendung, von dem angenommen wird, daß er den besten mittleren Kontrast für eine Abbildung der Szenerie liefert. Die Verstärkungskorrekturfaktoren wurden auf der Basis eines Histogramms der Signalpegel, auf einem quadratischen Mittelwert der Signalpegel und auf der Basis des Absolutwertes des Signals im Mittel berechnet. Es wurde jedoch erkannt, daß die Welt in dem thermischen Infrarotspektrum sehr niedrigen Kontrast hat. Der Grad des verfügbaren Kontrastes entspricht etwa dem bei Betrachtung eines weißen Kaninchens, das auf einem schneebedeckten Feld sitzt. Weiter kann man sich die Schwierigkeit bei der Erkennung dieses Kaninchens vorstellen, wenn die Sonne niedrig über dem Horizont hinter dem Kaninchen steht und ihr Licht vom Schnee reflektiert wird. Für eine normal sehende Person ziehen sich die Pupillen der Augen zusammen, was auf dem hellen Licht von der Sonne beruht. In dieser Situation macht der geringe Kontrastunterschied zwischen Kaninchen und dem Schneefeld das Kaninchen praktisch unsichtbar.
In entsprechender Weise wirkt bei einem herkömmlichen thermischen Abbildungsgerät ein stark strahlender heißer Gegenstand oder ein Feuer in dem Gesichtsfeld wie die Sonne und bewirkt, daß die der betrachteten Szenerie zugeordnete Verstärkung vermindert wird (wie das Schließen der Pupille des Auges). Folglich werden alle anderen Objekte in der Szenerie dunkel. Selbst an Orten in der Szenerie in Entfernung von dem heißen hellen Feuer können die Merkmale der Szenerie nicht erkannt werden, da der Verstärkungsfaktor bis zu einem Punkt vermindert wird, an welchem das gesamte Bild mit Ausnahme des Feuers dunkel und ohne Kontrast ist. Darüber hinaus kann insbesondere wegen des sehr niedrigen Kontrastes auf der Welt im thermischen Infrarotbereich des Spektrums ein verhältnismäßig kleiner heißer Punkt im Gesichtsfeld eines herkömmlichen thermischen Infrarot-Abbildungsgerätes bewirken, daß das Bild so stark abgedunkelt wird, daß sämtliche anderen Merkmale von Interesse in der Szenerie ohne Kontrast sind und praktisch nicht abgebildet werden. Diese Objekte, welche nicht abgebildet werden, sind praktisch für den Benutzer eines solchen herkömmlichen Gerätes unsichtbar.
Ein Gerät der Bauart mit thermischer Infrarotabbildung ist aus dem US-Patent 4 873 442 bekannt, welches am 10. Oktober 1989 an Robert W. Klatt erteilt wurde (nachfolgenden Patent '442 genannt). Das Gerät des Patentes '442 verwendet einen Sensor mit einer linearen Anordnung oder Gruppenanordnung von Detektorelementen, die jeweils von dem danebenliegenden Detektorelement um einen Weg beabstandet sind, der etwa gleich der Größe der Detektorelemente selbst in Richtung der Länge der linearen Gruppenanordnung ist. Demgemäß kann der Sensor etwa die Hälfte der Bildinformation von einer Szenerie oder einem Objektraum mit jedem Bild oder jeder Abtastung des Sensors über den Objektraum hin einfangen. Um aber Nichtgleichförmigkeiten im Ansprechverhalten der Detektorelemente zu detektieren und zu kompensieren lehrt das Patent '442, daß die Abtastlinien sämtlicher Detektorelemente in aufeinanderfolgenden Abtastfeldern sich so überlappen, daß jedes Feld die Bildinformation von mindestens einem Detektorelement ausläßt. Das bedeutet, kein Feld nach dem Patent '442 verwendet sämtliche Detektorelemente, um auf das Signal (die Bildinformation) von der Szenerie anzusprechen. Mindestens ein Detektorelement an einem Ende der linearen Gruppenanordnung tastet einen Raum außerhalb des Objektraumes ab und liefert keine nutzbare Bildinformation. Gemäß dem Beispiel das in dem Patent '442 dargelegt ist, verfehlt jedes Feld einen Bruchteil der maximal möglichen Bildinformation, wobei dieser Bruchteil gleich 1/n ist, worin n die Zahl der Detektorelemente ist. Die verbleibenden n – 1 Detektorelemente dienen zum Einfangen der Hälfte der Bildinformation von dem Objektraum für jedes Bildfeld. Jedes Feld repräsentiert daher 90 Prozent der Bildinformation, die es enthalten könnte, wenn sämtliche Detektorelemente verwendet würden. Demgemäß bietet jeder Datensatz von zwei Bildfeldern nach dem Patent '442 ein vollständiges Bild des Objektraumes, repräsentiert aber nur 90 Prozent der Bildinformation, welche er liefern könnte, wenn sämtliche Detektorelemente in jedem Bilddatensatz verwendet würden. Zusätzlich wird die mögliche Zahl von Linien der Auflösung, welche der Sensor erzeugen kann, bei dem Gegenstand des Patentes '442 nicht voll genutzt.
Ein weiterer wesentlicher Nachteil dieser Kategorie von Nachtsichtgeräten ist das Erfordernis der Tieftemperaturkühlung des Detektors. Frühe Geräte dieser Art verwendeten ein Dewargefäß, in welches ein Vorrat eines Tieftemperaturströmungsmittels (beispielsweise flüssiger Stickstoff) vom Benutzer eingefüllt werden mußte. Die Nützlichkeit solcher Geräte wurde stark durch das Erfordernis einer gelegentlichen Nachfüllung des Tieftemperaturkühlmittels eingeschränkt. Spätere Geräte dieser Art verwendeten eine Tieftemperaturkühlung durch Kühler mit umgekehrtem Sterling-Kreisprozess. Solche Kühler erfordern aber eine beträchtliche Menge von Leistung, haben eigentümliche Wartungs- und Zuverlässigkeitsprobleme und sind im allgemeinen geräuschvoll.
Die U.K.-Patentanmeldung 2 248 742 offenbart ein thermisches Abbildungsgerät mit einer Detektor-Gruppenanordnung, welche auf thermische Infrarotstrahlung anspricht. Die Detektor-Gruppenanordnung hat eine linear angeordnete Anzahl beabstandeter Detektorelemente, welche zusammen eine Längendimension der Detektorgruppenanordnung definieren. Eine Abtasteinrichtung tastet eine betrachtete Szenerie über die Anzahl von Detektorelementen in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zur Längendimension ab. Jedes der Anzahl von Detektorelementen liefert ein entsprechendes einzelnes elektrisches Signal, welches ein Maß für die auf das Detektorelement treffende thermische Infrarotstrahlung bildet und die einzelnen Detektorelemente in der Anzahl von Detektorelementen sind voneinander verschieden. Das thermische Abbildungsgerät enthält eine individuelle elektrische Gleichstromverbindung von jedem der Mehrzahl von Detektorelementen zu einem entsprechenden einer Mehrzahl von Analogverstärkern mit veränderlichem Verstärkungsgewinn. Eine Kompensationsschaltung spricht auf Unterschiede der elektrischen Signale von bestimmten der Mehrzahl von Detektorelementen an, welche in demselben Teil der betrachteten Szenerie abgetastet worden sind, um ein jeweiliges Kompensationssignal für die bezeichneten Detektorelemente zu erzeugen. Eine elektronische Schaltung liefert die jeweiligen Kompensationssignale an diejenigen der Anzahl von elektronischen Schaltungen, die mit den jeweiligen der Mehrzahl von Detektorelementen verbunden sind, um die Unterschiede minimal zu machen. Eine Mehrzahl von Analogverstärkern veränderlichen Verstärkungsgewinns empfangen den Strom von Analogsignalen, welche ein Maß für den thermischen Infrarotstrahlungsfluß sind, welcher auf die Detektorgruppenanordnung einfällt. Eine Mehrzahl von Verstärkungskorrekturschaltungen liefert ein Verstärkungskorrektursingal, das den Verstärkungswert des jeweiligen der Mehrzahl von Analogverstärkern veränderlichen Verstärkungsgewinns steuert.
Die US-Patentanmeldung 4 334 244 offenbart ein adaptives Bildverstärkungssystem, bei welchem der Unterschied zwischen dem Durchschittswert und einem Mittelwert errechnet wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Unter Berücksichtigung der Mängel der herkömmlichen Technologie ist es in erster Linie Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Mangel oder mehrere dieser Mängel zu überwinden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein thermisches Abbildungsgerät zu schaffen, das die Möglichkeit einer Verstärkungskorrektur in Abhängigkeit sowohl von dem Durchschnittswert des Absolutwertes der Bildsignale von der betrachteten Szenerie als auch von dem Mittelwert dieser absoluten Bildsignalwerte ermöglicht, so daß ein verhältnismäßig kleiner heißer Punkt im Blickfeld des Gerätes nicht eine Verdunklung und einen Kontrastverlust des gesamten Bildes verursacht.
Gemäß einem Aspekt wird durch die vorliegende Erfindung ein thermisches Abbildungsgerät geschaffen, welches eine Detektorgruppenanordnung enthält, die auf thermische Infrarotstrahlung anspricht. Die Detektorgruppenanordnung besitzt eine linear angeordnete Mehrzahl von Detektorelementen. Weiter enthält das Abbildungsgerät eine Abtasteinrichtung, welche die betrachtete Szenerie abtastend über die Mehrzahl von Detektorelementen führt. Die Mehrzahl von Detektorelementen liefert, jeweils einzeln in Abhängigkeit von der einfallenden Infrarotstrahlung, ein entsprechendes einer Mehrzahl von Detektorsignalen. Das thermische Abbildungsgerät enthält eine Absoulutwertschaltung, welche eine entsprechende Anzahl von Absolutwertsignalen liefert, die jeweils ein Maß des jeweiligen Absolutwertes eines der Mehrzahl von Detektorsignalen während einer Abtastung der betrachteten Szenerie über den Detektor hin ist, weiter eine Durchschnittswertbildungsschaltung, welche ein Durchschnittswertsignal liefert, das ein Maß für den Durchschnittswert der Mehrzahl von Absolutwertsignalen bildet, weiterhin eine Mittelwert-Compiler-Schaltung, welche ein Mittelwertsingal liefert, das ein Maß für den Mittelwert der Mehrzahl von Absolutwertsignalen ist, sowie eine Verstärkungskorrektureinrichtung, welche eine entsprechende Anzahl von Verstärkungskorrektur-Detektorsignalen liefert und welche sowohl auf das Durchschnittswertsignal als auch das Mittelwertsignal anspricht, um den Verstärkungsgewinn der Verstärkungskorrektureinrichtung auf einem Pegel zu stabilisieren, der eine übermäßige Verdunklung des dargestellten Bildes durch Einwirkenlassen eines kompensierenden Verstärkungsvergrößerungssignals verhindert.
Diese und zusätzliche Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die Lektüre der folgenden detaillierten Beschreibung mindestens einer bevorzugten beispielsweisen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungsfiguren erkennbar, in welchen gleiche Bezugszahlen gleiche Merkmale oder Merkmale mit analoger Struktur oder Funktion bezeichnen.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGSFIGUREN
1 ist eine schematische schaubildliche Darstellung der funktionell zusammenarbeitenden körperlichen Bauteile eines thermischen Abbildungsgerätes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 ist ein schematisches Blockschaltbild eines thermischen Abbildungsgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung;
3a und 3b sind eine Außenansicht beziehungsweise eine perspektivische Explosionsdarstellung eines thermischen Abbildungsgerätes gemäß der Erfindung;
4 ist eine schematische Ansicht einer linearen Sensorgruppenanordnung, wie sie in einer Ausführungsform der hier beschriebenen Erfindung eingesetzt wird;
5a und 5b zeigen jeweils eine schematische Darstellung der Facetten eines Abtastspiegels eines thermischen Abbildungsgerätes nach der Erfindung bzw. eine Tabelle von Abtastspiegel-Facettenwinkelfamilien zusammen mit der Identifizierung von drei Mitgliedern dieser Facettenwinkelfamilie welche entweder einen Facetten-Bezugswinkel oder einen Winkel eines Paares von Facetten-Übersetzungswinkeln haben;
6 ist eine Tabelle der sequentiellen Bildraumabtastung für drei aufeinanderfolgende Bilddatensätze, welche jeweils vier sequentielle Felder haben;
7 und 8 zeigen jeweils Blockschaltbilder zur Darstellung der Signalverarbeitungsschaltungen und der Verfahrensweise zur Erzielung einer wirtschaftlichen nicht gleichförmigen Detektierung und Kompensation sowie einer Verstärkungspegelsteuerung für eine global helle Szenerie in einem Sichtgerät gemäß der vorliegenden Erfindung; und
9 zeigt ein Blockschaltbild der Schaltungseinrichtungen, die zur Steuerung des Videobilds-Verstärkungsgewinns in dem thermischen Abbildungsgerät gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Überblick
In 1 ist ein thermisches Abbildungsgerät mit 10 bezeichnet und schematisch mit seinen funktionell zusammenarbeitenden körperlichen Bauteilen schematisch dargestellt, die im Raume gehalten sind, ohne daß ein tragendes Gehäuse wiedergegeben ist (wobei dieses Gehäuse selbstverständlich bei einer praktischen Ausführungsform der Gerätes vorhanden ist), so daß diese Bauteile und Strahlverfolgungslinien für die Lichtstrahlen in dem Gerät dargestellt werden können. Es sei nun 1 im einzelnen betrachtet. Das thermische Abbildungsgerät enthält eine optische Objektivbauteilgruppe, welche allgemein durch die Bezugszahl 12 bezeichnet ist. Diese optische Objektivbauteilgruppe enthält mehrere Linsen (mit den Bezugszahlen 12', 12'', 12''', u. s. w zu bezeichnen) wobei diese Linsen gegenüber dem Licht in dem interessierenden Spektralbandbereich transparent sind (sie müssen jedoch nicht notwendig gegenüber sichtbaren Licht transparent sein). Die optische Objektivbauteilgruppe 12 wird auf eine zu betrachtende Szenerie gerichtet, so daß Infrarotlicht von dieser Szenerie (bezeichnet durch den Pfeil 14) empfangen und durch die optische Bauteilgruppe fokusiert werden kann. Es versteht sich, daß die optische Objektivbauteilgruppe 12, welche in 1 dargestellt ist, nur als Beispiel dient und daß diese optische Bauteilgruppe entfernt und durch andere Objektivoptiken unterschiedlicher Konfiguration ersetzt werden kann, wie noch beschrieben wird. Die optische Objektivgruppe 12 konzentriert und bündelt das empfangene Licht durch ein Fenster 16, wobei dieses Fenster ein festes Teil eines Basis-Sensorabschnittes 18 des Geräts 10 ist. In Verbindung mit dem Gehäuse (weiter unten beschrieben) des Basissensorabschnittes 18 schließt das Fenster 16 eine abgedichtete Kammer 20 ab, in welcher fast sämtliche Teile der übrigen Bestandteile des Gerätes 10, wie in 1 dargestellt, enthalten sind.
Innerhalb der Gehäusekammer 20 befindet sich ein allgemein mit der Bezugszahl 22 bezeichneter Abtaster. Dieser Abtaster 22 enthält einen Abtasterrahmen 24, der in Aufsicht im wesentlichen dreieckig oder dreizackig gestaltet ist. Der Abtasterrahmen 24 enthält ein im wesentlichen dreieckiges oberes Wandteil 26 und drei nach abwärts ragende Fußteile 28, von denen in 1 nur zwei sichtbar sind. Von dem Wandteil 26 ist ein Abtastermotor abgestützt, der allgemein mit der Bezugszahl 30 bezeichnet ist. Dieser Abtastermotor enthält eine im wesentlichen vertikal ausgerichtete Drehantriebswelle (in den Zeichnungsfiguren nicht sichtbar) welche einen scheibenartigen, runden, mit vielen Facetten versehenen Abtastspiegel 32 abstützt und antreibt. Der Abtasterspiegel 32 enthält eine Mehrzahl nach außen weisender und am Umfang verteilter benachbarter Facetten oder Spiegelflächen 32a, 32b, u. s. w., von denen nur einige wenige Facetten in einer der Zeichnungsfiguren gezeigt sind. Dieser Abtasterspiegel 32 dreht sich in einer im wesentlichen horizontalen Ebene, um das Licht 14, das über das Fenster 16 und über die optische Objektivbauteilgruppe 12 empfangen wird, zu einer optischen Abbildungsgruppe zu reflektieren, welche allgemein durch die Bezugszahl 34 bezeichnet ist. Es sei bemerkt, daß aufgrund der Drehung des Abtasterspiegels 32 die Facetten 32a, 32b, u. s. w., kontinuierlich ihre Winkelstellung in der horizontalen Ebene mit Bezug auf die Szenerie ändern, welche über die optische Objektivgruppe 12 betrachtet wird.
Untersucht man die optische Abbildungsgruppe 34 in Einzelheit, so erkennt man, daß das Licht (Pfeil 14), das von einer Facette des Abtasterspiegels 32 reflektiert wird, durch eine Linse 36 und zu einem Paar von vertikal beabstandeten, schräg gestellten Spiegeln 38 und 40 verläuft. Der Spiegel 40 reflektiert dieses Licht durch ein zusätzliches Linsenpaar 42 und 44 in Richtung auf ein Fenster 46, daß an einem Dewar'schen Gefäß 48 abgestützt ist. Das Dewar'sche Gefäß 48 enthält ein thermisch isolierendes Gehäuse, welches allgemein durch strichpunktierte Linien angedeutet ist und die Bezugszahl 48' trägt. Dieses Dewar'sche Gefäß 48 enthält einen linearen Fokalebenen-Infrarotdetektor 50 mit einer linear gruppierten Vielzahl von kleinen Infrarotdetektorelementen, welche kollektiv in 1 durch die vertikale Linie 50' auf dem Detektor 50 angedeutet sind. Jedes der Detektorelemente 50' des Detektors 50 liefert ein entsprechendes einer entsprechenden Anzahl von elektrischen Signalen, von denen jedes ein Maß für den Lichtstrom von Infrarotstrahlung ist, welche auf das betreffende Detektorelement fällt. Diese elektrischen Signale werden aus dem Dewar'schen Gefäß 48 durch eine elektrische Schnittstelle (noch zu beschreiben) herausgeliefert und sind in 1 durch die strichpunktierte Linie 52 angedeutet.
Um den Detektor 50 auf eine ausreichend tiefe Temperatur zu kühlen, so daß thermisch angeregte Elektronen (im Gegensatz zu Elektronen, die durch Photonen des Infrarotlichtes angeregt werden, das auf den Detektor 50 fällt) nicht einen unerwünscht hohen Pegel von elektrischem Rauschen verursachen, welches daß gewünschte photoelektrische Bildsignal überdecken würde, enthält das Dewar'sche Gefäß 48 einen Kühler 54 mit umgekehrtem Peltiert-Effekt (d. h., einen thermoelektrischen Kühler). Der thermoelektrische Kühler 54 besitzt eine kühlende Fläche, an welcher der zu kühlende Detektor 50 befestigt ist, sowie eine sich aufheizende Fläche in Wärmeübergangsbeziehung mit einer Wärmesenke, welche schematisch mit der Bezugszahl 56 bezeichnet ist. In der praktischen Ausführungsform der Abbildungsgerätes 10 wird die Wärmesenke 56 durch einen metallischen Teil des Gehäuses für das Gerät 10 gebildet, wie noch dargestellt wird. Es versteht sich, daß aufgrund der kontinuierlichen Änderung in der Winkelstellung jeder Facette 32a, 32b, u. s. w., des Abtasterspiegels 32 bei der Drehung des Spiegels in einer Horizontalebene die von jeder einzelnen Facette reflektierte Szenerie sich horizontal über die lineare Gruppenanordnung von Detektorelementen 50' verschiebt (d. h. senkrecht zu der vertikalen linearen Gruppenanordnung dieser Detektorelemente). Die Detektorelemente 50' liefern in Abhängigkeit davon elektrische Signale (über die Schnittstelle 52), welche ein Maß für die Flußwerte des Infrarotlichtes sind, das auf entsprechende der Mehrzahl von Detektorelementen 50' aus einem bestimmten Teil der Szenerie während irgendeiner Hinwegführung eines Szenenteils über den Detektor 50 fällt.
Um ein von einem Benutzer betrachtbares sichtbares Bild durch das Abbildungsgerät 10 bereitzustellen, ist ein Projektionsgruppenmodul 58 mit lichtemittierenden Dioden (LED) an einem mit einer Öffnung versehenen Flanschabschnitt 60 des Abtasterrahmens 26 gehaltert. Dieses Projektionsgruppenmodul 58 mit lichtemittierenden Dioden enthält eine lineare Gruppenanordnung 62 von lichtemittierenden Dioden, wobei diese Gruppenanordnung eine Vielzahl einzelner lichtemittierender Dioden (in 1 nicht dargestellt, doch durch den Pfeil mit der Bezugszahl 62' angedeutet) enthält, welche jeweils einzeln bei Energiebeaufschlagung sichtbares Licht emittieren. Die lichtemittierenden Dioden 62' der Gruppenanordnung 62 sind linear längs einer Vertikallinie ähnlich der linearen Anordnung der Detektorelemente 50' des Detektors 50 aufgereiht. Die lichtemittierenden Dioden 62' liefern jeweilige Teile eines sichtbaren Bildes wie nachfolgend deutlich wird. Das Licht von den lichtemittierenden Dioden 62' wird gebündelt und durch eine Projektionslinsengruppe, welche allgemein durch die Bezugszahl 64 bezeichnet ist, auf eine Facette des Spiegels 32 projiziert, was durch Pfeile 14' deutlich gemacht werden soll. Die Bezugszahlen 14 und 14' sind bewußt bezüglich des unsichtbaren Infrarotlichtes, das die Bildinformation von einer Szenerie trägt, und bezüglich des sichtbaren Lichtes verwendet, das die Szenerie zur Betrachtung durch den Benutzer des Gerätes 10 wiedergibt.
Von dem Spiegel 32 (d. h., von einer bestimmten Facette 32' dieses Spiegels) wird das sichtbare Licht der lichtemittierenden Dioden 62' auf eine Okularlinsengruppe reflektiert, welche allgemein mit der Bezugszahl 66 bezeichnet ist. Die Okularlinsengruppe 66 enthält verschiedene einzelne Linsen, welche mit jeweiligen Bezugszahlen 66', 66'', u. s. w. bezeichnet sind. Zusammen mit diesen Linsen 66', 66'' u. s. w., ist eine Zustandsanzeigeeinheit 68 innerhalb der Okularlinsen 66 angeordnet. Diese Zustandsanzeigeeinheit 68 definiert eine Öffnung, durch welche das sichtbare Bild durchgeleitet wird, und enthält verschiedene einzelne lichtemittierende Dioden, welche beim Aufleuchten im Randbereich für den Benutzer des Gerätes 10 sichtbar werden. Diese einzelnen lichtemittierenden Dioden tragen die Bezugszahlen 68', 68'' u. s. w. Schließlich enthält das Abbildungsgerät 10 ein Paar von Okularverschlüssen 70. Diese Verschlüsse 70 sind in Schließrichtung vorgespannt, um einen Lichtaustritt aus dem Gerät 10 zu verhindern, wenn nicht das Gesicht eines Benutzers gegen ein bewegliches Okularteil (weiter unten beschrieben) gedrückt wird. Wenn der Benutzer gegen das bewegliche Okularteil drückt, dann öffnen sich die Verschlüsse 70 und gestatten es dem Benutzer, das Bild sichtbaren Lichtes zu betrachten, das durch das Projektionsanzeigemodul mit lichtemittierenden Dioden und dem Drehspiegel 33 erzeugt wird.
Es sein nun 2 betrachtet. Hier ist ein schematisches Funktionsblockschaltbild des thermischen Abbildungsgerätes 10 gezeigt. Dieses thermische Abbildungsgerät 10 ist in modulare Funktionsabschnitte unterteilt, wie dies durch die Umgrenzungsblöcke deutlich gemacht ist, welche die verschiedenen Komponenten des Gerätes einrahmen, wobei einige dieser Module verschiedene Untermodule oder Unterbauteile enthalten. Das Modul 72 handhabt sowohl unsichtbares als auch sichtbares Licht und enthält die optische Objektivgruppe 12, welche das unsichtbare Infrarotlicht 14 von einer Szenerie, welche zu betrachten ist, empfängt, die Abtasteinrichtung 22 und die optische Abbildungsgruppe 34, welche dieses unsichtbare Licht auf den Detektor 50 lenkt. Dieses Lichthandhabungsmodul 72 empfängt auch sichtbares Licht von der Gruppenanordnung 62 aus lichtemittierenden Dioden und enthält die Projektionslinsengruppe 64 zu der Abtasteinrichtung 22 hin und die Okularlinsengruppe 66, welche für einen Benutzer des Gerätes das Bild liefert.
Das Detektierungsmodul 74 ist in das Dewar'sche Gefäß 48 eingeschlossen und empfängt das fokussierte unsichtbare Infrarotlicht 14 von der zu betrachtenden Szenerie. Dieses Modul 74 enthält den Detektor 50 zusammen mit einer Ausleseschaltung 76, welche eine Vielzahl von Kanälen des elektrischen Bildsignales 78 bereitstellt (einen Kanal für jedes Detektorelement der linearen Gruppenanordnung 50 von Detektoren, wobei auf die obige Beschreibung verwiesen sei) an eine Multiplexerschaltung (MUX) 80 liefert. Die Multiplexerschaltung 80 liefert den Ausgang 52 der elektrischen Schnittstelle in Gestalt eines seriellen analogen Bildsignales. Das Detektormodul 74 enthält auch eine Treiberschaltung 82, welche Steuerbefehle an die Ausleseschaltung 76 gibt. Ein elektronisch löschbarer programmierbarer Festwertspeicher (EEPROM) 84 ist in das Detektierungsmodul 74 eingeschlossen, um örtlich Daten zu speichern und zur Betätigung der Ausleseschaltung 76 zu liefern und Kompensationsfaktoren örtlich für eine Anzahl von Verstärkungsgradsteuerungen und Ungleichförmigkeitskompensationen in Verbindung mit dem Infrarotdetektor 50 zu liefern. Wie man aus 2 ersieht, haben verschiedene Schaltungen des Moduls 74 eine elektrische Schnittstelle zu anderen Modulen des Gerätes 10.
Die seriellen analogen Bildsignale 52, welche durch das Modul 74 bereitgestellt werden, werden von einem analogen Signalprozessor (ASP) 86 aufgenommen, der in dem Verarbeitungs- und Steuermodul (P&C) 88 angeordnet ist. Das verarbeitete serielle analoge Bildsignal 90 wird durch den analogen Signalprozessor 86 an einen Analog-/Digital-Umformer (ADC) 92 gegeben. Ein resultierendes verarbeitetes serielles digitales Bildsignal 94 gelangt zu einem Zeitgebergenerator 96. Dieser Zeitgebergenerator 96 hat eine Schnittstelle mit der Multiplexerschaltung 80 zur Steuerung des zeitlichen Betriebes dieser Schaltung. Ein Bilddatensatzspeicher 98 hat eine Schnittstelle mit dem Zeitgebergenerator, so daß Bildinformation, welche ganzheitlich der betrachteten Szenerie entspricht, gespeichert und für die Verwendung bei der Verstärkungsgradeinstellung, der Kontrasteinstellung und anderer Kompensationsfaktoren zum Gebrauch beim Verarbeiten der Bildsignale wieder aufgefunden werden kann, welche von dem Detektierungsmodul 74 erhalten werden. Der Zeitgebergenerator 96 liefert auch ein systemweites Zeitsteuersignal, welches durch die Bezugszahl 100 bezeichnet ist. Dieses Zeitsteuersignal dient zum Inlaufsetzen verschiedener anderer Merkmale oder Funktionen des Abbildungsgerätes 10 einschließlich der Steuerung der Drehgeschwindigkeit und der Positionierung des Spiegels 32, so daß ein Zeitbezug des Betriebes des Detektors 50, des Spiegels 32 und der Gruppenanordnung 62 von lichtemittierenden Dioden erhalten wird.
Ein serielles digitales Bildsignal 102, welches kompensiert und in Zeitbezug gebracht ist, wird von dem Zeitgebergenerator 96 an ein Anzeigemodul 104 gegeben. Dieses Anzeigemodul 104 enthält das Projektionsmodul 58 mit einer Gruppenanordnung von lichtemittierenden Dioden zusammen mit einer Treiberschaltung 106 zum Empfang des Signales 102 und zum Betreiben der einzelnen lichtemittierenden Dioden 62' in Abhängigkeit von diesem Signal. Ein elektronisch löschbarer programmierbarer Festwertspeicher (EEPROM) 108 hat eine Schnittstelle mit der Treiberschaltung 106 zum Empfang und zum Speichern von Werten für den zukünftigen Gebrauch beim Betrieb des Gerätes 10. Beispielsweise kann der EEPROM-Speicher 108 dazu verwendet werden, Informationen über Meßlinienabstände zu speichern, welche es dem Gerät 10 ermöglichen, Entfernungen zu Personen oder Fahrzeugen bekannter Größen abzuschätzen. Um einem Benutzer des Abbildungsgerätes 10 mit zusätzlicher nutzbarer Bildinformation zu versorgen, beispielsweise mit der Information beabstandeter Vergleichsgrößenlinien für Menschen und verschiedene Arten von Fahrzeugen, so daß Entfernungen abgeschätzt werden können, oder mit Gittern oder Fadenkreuzen verschiedener Arten und Größen entsprechend der Entfernung zu einem betrachteten Objekt und entsprechend der Verwendung des Gerätes 10 zu einer bestimmten Zeit enthält das Anzeigemodul 102 auch einen weiteren elektronisch löschbaren programmierbaren Festwertspeicher (EEPROM) 110 zur Speicherung von solcher Bildinformation. Diese Bildinformation, welche von dem Benutzer des Gerätes 10 gewählt wird, wird an eine Symbolgeneratorschaltung 112 geliefert, welche ihrerseits ein Symbolsignal 114 an die Gruppenanordnung 62 von lichtemittierenden Dioden gibt. Die Gruppenanordnung 62 enthält gesonderte lichtemittierende Dioden, welche das Signal 114 empfangen.
Um die Beschreibung des Abbildungsgerätes 10, wie es in 2 gezeigt ist zu vervollständigen, sei darauf hingewiesen, daß das Gerät 10 ein Eingangs-/Ausgangsmodul (I/O) 116 enthält. Dieses Eingang-/Ausgangsmodul 116 gestattet es einem Benutzer des Gerätes 10, Eingangsbefehle über eine Gruppe von äußerlich zugänglichen Steuermitteln 118 einzugeben, beispielsweise eine Gruppe von kurzzeitig zu berührenden Druckknopfschaltern, welche von außerhalb des Gehäuses des Gerätes 10 betätigt werden. Die Steuermittel 118 haben eine Schnittstelle mit einem Mikroprozessor 120, welcher Teil eines verteilten Steuersystems ist, das auch einen weiteren Mikroprozessor 122 in dem P&C-Modul 88 enthält. Die Mikroprozessoren 120 und 122 besitzen eine Schnittstelle mit den EEPROM-Speichern 84, 108 und 110 zusammen mit den Schaltungen, welche mit den Daten und Befehlen gespeist werden, die in diesen EEPROM-Speichern gespeichert sind. Der Mikroprozessor 120 besitzt einen äußerlich zugänglichen Datenschnittstellenanschluß 120', so daß sämtliche der Daten und Programmierungen, welche in den Mikroprozessoren 120, 122 sowie in den mit diesen Mikroprozessoren und den gespeisten Schaltungen eine Schnittstelle aufweisenden EEPROM-Speichern gespeichert sind, durch Zugriff über den Anschluß 120' eingegeben und geändert werden können. Schließlich erkennt man, daß das P&C-Modul 88 einen Leistungseingang zum System von einer Leistungsquelle bietet, beispielsweise einer Batterieeinheit 124. Ein Gleichstrom-/Gleichstrom-Leistungsumformer 126 liefert Leistung an die verschiedenen Module und Komponenten des Gerätes 10 mit den geeigneten Spannungs- und Stromwerten. Eine der von dem Umformer 126 mit Leistung versorgten Schaltungen ist eine Steuereinrichtung 128 für den thermoelektrischen Kühler 54.
Es seien nun die 3a und 3b betrachtet. Hier ist eine körperliche Ausführungsform des Abbildungsgerätes 10 in einer Außenansicht und in einer perspektivischen Explosionsdarstellung gezeigt. Das Abbildungsgerät 10 enthält ein zweiteiliges, Kammern ausbildendes Gehäuse 130. Dieses Gehäuse enthält zwei Gehäuseteile 130a und 130b, welche dicht zusammengesetzt sind (über eine dazwischen liegende Dichtungseinrichtung 132), um die Kammer 20 innerhalb des Gehäuses zu umschließen. Das Gehäuseteil 130a des Gehäuses 130 ist als Gußteil aus nichtmagnetischem Metall (beispielsweise aus Aluminium) gefertigt und hat im Querschnitt etwa L-förmige Gestalt und bildet einen unteren Wandabschnitt 134, einen Seitenwandabschnitt 136 und ein mit Öffnungen versehenes Paar von Wandabschnitten, nämlich einander gegenüberliegend, einen Frontwandabschnitt 138 und einen Rückwandabschnitt 140 aus. Das Gehäuseteil 130a bildet eine Wärmesenke für den thermoelektrischen Kühler 54, sowie eine Basis (d. h. praktisch eine optische Bank), an welcher die optischen Komponenten und andere Komponenten des Gerätes 10 befestigt sind, wie man aus nachfolgenden Ausführungen erkennt.
Der Frontwandabschnitt 138 des Gehäuseteiles 130a bildet einen wieder eintretenden Abschnitt 142 aus, der nach vorne eine etwas konische Ausnehmung begrenzt (in den Zeichnungsfiguren nicht sichtbar), wobei dieser Abschnitt an seinem rückwärtigen Ende das Fenster 16 in der Öffnung 144 dieser Wandung trägt. Die optische Objektivgruppe 12 ist an dem Frontwandabschnitt 138 durch ein Gehäuse 146 gehaltert, das an seinem hinteren Ende einen konischen Abschnitt 148 aufweist, der in die frontseitige Ausnehmung des Gehäuseteiles 130a paßt. Das Gehäuse 146 ist abnehmbar mit dem Gehäuseteil 30 verbindbar, um die optische Objektivgruppe 12 in der richtigen Lage anzuschließen, und ist auch entfernbar, so daß Optiken unterschiedlicher Brechkraft an den Sensorabschnitt 18 angefügt werden können. An der Öffnung 150 im rückwärtigen Wandabschnitt 140 ist die Okularlinsengruppe 66 dicht in einem Abschnitt 152 gehalten.
Innerhalb der Kammer 20 des Gehäuses 130 ist der Abtaster 24 an der unteren Wand 134 durch drei Schrauben 154 befestigt, welche jeweils durch eine zugehörige sich vertikal erstreckende Bohrung reichen, die zentrisch durch einen entsprechenden der drei Füße 28 des Abtastrahmen 24 geführt sind. Diese Schrauben sind in Gewindebohrungen eingeschraubt, die in der unteren Wand 134 vorgesehen sind. Eingeschlossen zwischen die unteren Enden der Füße des Abtasterrahmens 24 und der unteren Wand 134 des Gehäuses 130 ist eine elektronische Anordnung 156. Diese elektronische Anordnung 156 enthält eine Schaltungsträgerplatte und viele der diskreten und integrierten Schaltungsgeräte einschließlich der Mikrosteuereinrichtung 122, welche notwendig sind, um die Funktionen durchzuführen, welche unter Bezugnahme auf die 1 und 2 erläutert wurden. Außerdem ist an dem unteren Gehäuseteil 130a zusätzlich zu den bereits bezeichneten Komponenten und Modulen, welche in 3b mit ihren zuvor eingefügten Bezugszahlen bezeichnet sind, eine elektronische Kabelanordnung 158 befestigt. Dieses Kabel trägt den von außen zugänglichen Daten-Schnittstellenanschluß 120', wobei der Verbinder für diesen Anschluß sich dicht durch eine Bohrung erstreckt, die in dem Gehäuseteil 130b vorgesehen ist, wie man aus der Zeichnung erkennt.
Ein Steuerelektronikmodul 160 mit seiner eigenen Kabelanordnung ist auch in dem Gehäuse 130 angeordnet und bietet die Kurzzeitberührungs-Steuereingangsschalter 118 dar und enthält die Mikrosteuereinrichtung 120, welche in 2 dargestellt wurde. Schließlich findet in dem Gehäuse 130 den wiedereintretenden Abschnitt 142 der Frontwand 138 umgebend eine Anordnung 162 mit einem magnetischen Reedschalter und einer Kabelanordnung Aufnahme. Diese Kabelanordnung mit ihren verschiedenen magnetisch empfindlichen Reedschaltern spricht auf einen Magneten oder mehrere Magneten an, die an jeweiligen Orten durch verschiedene der optischen Objektivgruppen gehalten sind, welche mit dem Basis-Sensor 18 verwendet werden können. Diese Magneten sind an bestimmten Orten (d. h., in einem Positionscode) an jeder Objektivlinsengruppe vorgesehen, um einem Benutzer sowohl verschiedene Werte der Vergrößerung einer entfernten Szenerie als auch unterschiedliche Symbole zu bieten, die für die besondere Verwendung geeignet sind, für welche die Objektivlinsengruppe eine Anpassung an den Sensor 18 vornimmt. Wenn der Basissensor auf den Einbau einer bestimmten Linsengruppe anspricht, dann wird der Benutzer mit den Symbolen und anderen internen Einstellungen des Betriebes des Sensors 18 automatisch versorgt. Die Reedschalter sind in der Lage, die bestimmten Orte der Magneten an den Linsengruppen (und somit unter Identifizierung der bestimmten Linsengruppe) durch den nicht magnetischen Frontwandabschnitt 138 des Gehäuses 130 abzutasten. Somit ist kein körperlicher Eingang von einer Bedienungsperson notwendig, um eine bestimmte Linsengruppe für den Sensor 18 zu identifizieren, und die Kammer 20 bleibt geschlossen und abgedichtet.
Betrachtet man nun das Gehäuseteil 130b, so erkennt man, daß dieses Gehäuseteil eine Batteriekammerausnehmung 164 am hinteren Teil des Gehäuses 130 umschließt. Diese Ausnehmung öffnet sich an dem Gehäuseteil 130b sowohl nach aufwärts auch als nach rückwärts. Die Batterie 124 findet in der Ausnehmung 164 Aufnahme und wird in dieser Ausnehmung dicht durch ein mittels eines Scharniers angeschlossenes Türelement 166 eingeschlossen, wobei eine Dichtung 168 zwischengelegt ist. Das Türelement 166 hat in Seitenansicht etwa L-förmige Gestalt und ist nahe seinem hinteren Rand mit dem Gehäuseteil 130b scharnierartig verbunden. Eine Verriegelungskonstruktion 170 befindet sich an dem Türelement 166 nahe dessen vorderem Ende und ist lösbar mit einer Aufnahmekonstruktion an diesem Gehäuseteil kuppelbar, um das Türelement 166 in der geschlossenen Position zu halten, wie dies in 3a dargestellt ist.
Korrektur der Detektorelement-Ungleichförmigkeit und Steuerung des globalen Abbildungspegels
Es sei nun 4 betrachtet. Man erkennt, daß der Detektor 50 ein Halbleitersubstrat 172 aufweist, auf welchem die Detektorelemente 50' gebildet sind. Diese Detektorelemente 50' haben endliche Größe (d. h., etwa 50 μm oder 0,002 Zoll im Quadrat), und sind so dargestellt, daß sie rechteckig mit gleicher Kantenlänge sind (d. h. quadratisch). Es sind jedoch auch andere geometrische Konfigurationen für die Detektorelemente 50' verwendbar, wobei innerhalb der Lehre der Erfindung derselbe Erfolg erzielt wird. Die Detektorelemente 50' können auf dem Substrat 172 unter Verwendung chemischer Dampfablagerung oder durch andere geeignete Halbleiter-Herstellungstechniken gebildet werden, wobei ein infrarotempfindliches Photoleitermaterial eingesetzt wird, beispielsweise Quecksilber-Kadmium-Tellurid. Diese Detektorelemente 50' werden bei Einfallen eines Infrarotlichtstromes leitfähiger. Folglich liefert jedes Detektorelement 50' ein zugehöriges elektrisches Signal, das ein Maß des Infrarotlichtstromes (Photonenstromes) ist, der auf das Detektorelement während eines Abtastintervalls fällt. Zu Zwecken der Indentifizierung sind die Detektorelemente 50' durch einen Index n bezeichnet, wobei n von dem oberen zum unteren Ende des Detektors 50 von 1 bis 40 variiert. Der Detektor 50 enthält 40 Detektorelemente 50', welche jeweils von dem nächstbenachbarten Detektorelement durch einen Vertikalabstand getrennt sind, der im wesentlichen das Dreifache der vertikalen Kantenabmessung der Detektorelemente 50' ist. Das bedeutet, benachbarte Ränder der Detektorelemente 50' haben einen Abstand von etwa 150 μm, oder haben genug Abstand, um drei zusätzliche Detektorelemente zwischen die benachbarten Detektorelemente einsetzen zu können, wenn sich die benachbarten Ränder berühren würden.
Die 5a und 5b bieten zunächst eine schematische Wiedergabe des Abtasterspiegels 32 mit der Darstellung einer Schrägstellung einer Spiegelfacette 32a, u. s. w., des Spiegels 32 an der Linie 174 relativ zu einer Senkrechten zur Rotationsebene dieses Spiegels. Die Anstellung oder Schrägstellung gegenüber der Linie 174 ist in 5a übertrieben gezeichnet, so daß der Leser erkennt, daß die zugehörige Facette des Spiegels 32 schräg gestellt ist, um einfallendes Licht unter einem ausgewählten Winkel relativ zur Ebene des Spiegels 32 zu reflektieren. Jede der Facetten 32a, 32b, 32c u. s. w. des Spiegels 32 ist selektiv schräggestellt, um die reflektierte Szenerie, wie sie auf den Detektor 50 projiziert wird, vertikal um ein Viertel des Abstandes zwischen benachbarten Detektorelementen 50' im Vergleich zu der Position der Szenerie zu verschieben, wie sie durch die benachbarten Facetten reflektiert wird. 5b zeigt, daß die Facetten 32a, 32b, 32c u. s. w. in Familien angeordnet sind, wobei die Mitglieder der ersten Familie einander benachbart der Reihe nach rund um den Spiegel 32 angeordnet sind und in der Reihe von den Facetten der zweiten Familie gefolgt werden, was sich rund um den Spiegel 32 fortsetzt. Jede Facette 32a, 32b, 32c u. s. w. bewirkt beim Umlauf des Spiegels 32 eine Abtastbewegung des betrachteten Bildes der Szenerie über den Detektor 50 hin, wobei der Detektor ein Viertel dieses Bildes als ein Bildfeld einfängt und jede Familie von Facetten einen vollständigen Bilddatensatz von Bildinformation erzeugt, wie weiter unten beschrieben wird.
Bei weiterer Betrachtung von 5b erkennt man, daß jede Facettenfamilie (Bilddatensatz) eine Facette 32b oder 32f oder 32j enthält, die entweder eine Bezugsfacette (32b) oder eine Verschiebungsfacette (32f oder 32j) ist. Die Bezugsfacette 32b ist ein normales Mitglied der Facettenfamilie 32a bis 32d, von der jede Facette den reflektierten Bildanteil auf dem Detektor 50 um ein Viertel des Trennungsabstandes zwischen den Detektoren 50' im Vergleich zu den benachbarten Facetten innerhalb der Familie verschiebt. Die Verschiebungsfacetten 32f und 32j sind jedoch zusätzlich nach aufwärts bzw. nach abwärts im Winkel eingestellt, um den Bildteil so auf den Detektor 50 zu reflektieren, daß der zuvor über ein Detektorelement 50'_n geführte Bildteil nun über einen Detekor 50'_n+1 oder 50'_n–1 geführt wird, wie genauer unter Bezugnahme auf 6 beschrieben wird.
Es sei nun 6 betrachtet. Hier ist eine Tabelle dargestellt, die von oben nach unten die Abtastung über einen Bildraum von 160 horizontalen Abtastlinien (d. h. 160 Linien vertikaler Auflösung) darstellt, welche das vorliegende thermische Abbildungsgerät mit nur 40 Detektoren erreicht. Der vertikale Abstand von oben nach unten in der Darstellung von 6 entspricht dem vertikalen Abstand von oben nach unten am Detektor 50, wobei 4 in Erinnerung gebracht sei. Die erste Spalte (für die Facette 32a) von 6 bezeichnet mit einem Pfeil, der jeder Detektorelementnummer zugeordnet ist, den horizontalen Aspekt dieser Abtastlinien, welche sich über die betrachtete Szenerie hin für die Detektoren mit den Nummern 1 bis 40 erstrecken (nämlich 50'_n bis 50'_n+39 ). Vorzugsweise wird jedes Detektorelement 512mal während des Zeitintervalls abgetastet, in welchem die betrachtete Szenerie durch jede Facette 32' des Abtastspiegels 32 über die Detektorelemente 50' hinweggeführt wird. Die nächste Spalte von 6 für die Bezugsfacette 32b zeigt auf, daß das nächste folgende Feld des Bildes von der betrachteten Szenerie durch die Facette 32b auf die Detektorelemente 50' mit einer vertikalen Verlagerung von einem Viertel des Abstandes zwischen den benachbarten Detektorelementen 50' reflektiert wird. In entsprechender Weise enthält jede horizontale Abtastlinie für dieses Feld 512 Abtastungsintervalle oder Pixel für jedes Detektorelement 50'. Die Detektororte in dem Bezugsfeld 32b sind in 6 eingekreist.
Die folgenden beiden Facetten 32c und 32d erfassen in entsprechender Weise jeweils ein Viertel der Bildinformation von der betrachteten Szenerie und haben jeweils 512 horizontale Abtastintervalle für jede Abtastlinie. Die horizontalen Abtastlinien für das erste Feld sind so ineinandergeschachtelt, daß die vier Felder einen vollständigen Bilddatensatz ergeben. Demgemäß erkennt man, daß der erste vollständige Datensatz für vier Felder, welche erfaßt werden, wenn die vier aufeinanderfolgenden Facetten 32a bis 32d die betrachtete Szenerie über den Detektor 50 hinführen, die gesamte Szenerie mit einer Ineinanderschachtelung der Abtastlinien von 40 Detektorelementen erfaßt, um 160 Linien der vertikalen Auflösung und 512 Pixel der horizontalen Auflösung zu erreichen.
Betrachtet man nun den nächsten Bilddatensatz von 6, welcher durch die Facetten 32e bis 32h erfaßt wird, wenn diese Facetten die entsprechenden Teile der betrachteten Szenerie reflektieren und über den Detektor 50 führen, so erkennt man, daß dieser Bilddatensatz ein verschobenes Feld entsprechend der Facette 32f enthält, in welchem die horizontalen Abtastlinien der betrachteten Szenerie auf die Detektorelemente 50'₂ bis 50'₄₀ reflektiert werden, wobei die relative Position des Detektors 50'₁ nach oben außerhalb des Blickfeldes des Abbildungsgerätes 10 verschoben ist. Das bedeutet, der reflektierte Teil der betrachteten Szenerie wird durch die Facette 32f auf Detektorelemente 50' reflektiert, welche im Vergleich zu der Position dieser Szenerieteile in dem Feld 32b um ein Detektorelement nach aufwärts verschoben sind. Wiederum ist zu sagen, daß die Orte der Detektorelemente in dem Feld 32f in 6 eingekreist sind. Der zweite Bilddatensatz enthält sämtliche Bildinformation für die betrachtete Szenerie mit der Ausnahme der horizontalen Abtastlinie in dem Feld 32f welche durch das Detektorelement 50'₄₀ geliefert worden wäre. Da das Detektorelement 50'₄₀ dazu verwendet wird, die Szenenabtastlinie an dem Ort des Detektorelementes 50'₃₉ zu detektieren, hat die Abtastlinie, bei welcher das Detektorelement 50'₄₀ normalerweise gelegen hätte (Linie 158) einen Nullwert. Vergleicht man den ersten Bilddatensatz und den zweiten Bilddatensatz, so erkennt man, daß das Bezugsfeld (32b) und das verschobene Feld (32f) dieselbe Bildinformation enthalten, welche durch die Detektoren 50'₁ bis 50'₃₉ im ersten Bilddatensatz und durch die Detektoren 50'₂ bis 50'₃₉ in dem zweiten Bilddatensatz gesehen wird.
In entsprechender Weise enthält der dritte Bilddatensatz von 6 die Bildfelder 32i bis 32l, welche durch die entsprechend bezeichneten Facetten des Spiegels 32 auf den Detektor 50 reflektiert werden. Dieser Bilddatensatz enthält das verschobene Feld 32j, (wobei die Orte der Detektorelemente in 6 eingekreist sind), welches um einen Detektorelementort relativ nach abwärts verschoben ist und enthält die Szenerieteile, welche durch die Detektorelemente 50'₂ bis 50'₄₀ in dem Bezugsfeld 32b gesehen werden, reflektiert auf die Detektorelemente 50'₁ bis 50'₃₉ . Das bedeutet, daß in diesem Falle die relative Position des Detektorelementes 50'₄₀ außerhalb des Gesichtsfeldes des Abbildungsgerätes 10 liegt und die horizontale Abtastlinie, welche anderenfalls durch das Detektorelement 50'₁ erfaßt würde, einen Nullwert hat. Da diese Detektorelemente denselben Teil der betrachteten Szenerie gesehen haben, sollten die Signalpegel von diesen Detektorelementen dieselben sein.
Beim Vergleich des zweiten Bilddatensatzes und des dritten Bilddatensatzes sieht man auch, daß das Feld 32f und das Feld 32j dieselbe Bildinformation haben, welche durch die Detektoren 50'₃ bis 50'₄₀ im zweiten Bilddatensatz und durch die Detektoren 50'₁ bis 50'₃₈ im dritten Bilddatensatz erfaßt wird. Da diese Detektorelemente denselben Teil der betrachteten Szenerie betrachtet haben, sollten die Signalpegel von diesen Detektorelementen dieselben sein. Wenn die Signale von diesen Detektorelementen nicht dieselben sind, so zeigt dies einen Unterschied der Empfindlichkeit der Detektorelemente selbst an. Zwei Ungleichförmigkeitsvergleiche sind für sämtliche Detektorelemente mit Ausnahme der Detektorelemente 50'₁ und 50'₄₀ möglich, wenn man die umkreisten Orte von 6 betrachtet. Ein Vergleich ist für die letztgenannten beiden Detektorelemente 50' möglich.
Nach dem dritten Bilddatensatz hat der Abtasterspiegel 32 eine Umdrehung vervollständigt und die zuvor beschriebene Folge wiederholt sich. Betrachtet man die Darstellung von 6, so erkennt man, daß ein Bilddatensatz 1 mit 100 Prozent der Bildinformation vollständig ist, welche die Detektorelemente 50' zu erfassen vermögen. Die Bilddatensätze 2 und 3 sind fast vollständig mit der Ausnahme des Fehlens einer horizontalen Abtastlinie für jeden Bilddatensatz (d. h. Zeile 158 im Bilddatensatz 2 und Zeile 2 im Bilddatensatz 3), so daß jede dieser Bilddatensätze 159 horizontale Abtastlinien aufweist. Insgesamt enthält jede Folge von drei Bilddatensätzen 160 + 159 + 159 Abtastlinien, also insgesamt 478 horizontale Abtastlinien von Bildinformation aus einer möglichen Gesamtzahl von 480 solchen Abtastlinien. Diese Bilderfassung entspricht einer Effektivität von 99,6 Prozent der möglichen Bildinformation, welche mit 40 Detektorelementen 50' erreicht werden kann, die eine 4 : 1 Verschachtelung haben. Die Auflösung von 160 vertikalen Linien mit 512 horizontalen Pixeln je Abtastlinie wird vorzugsweise für jeden Bilddatensatz erzeugt, wie oben ausgeführt wurde.
Die 7 und 8 seien nunmehr zusammen betrachtet. Hier sind die Architektur und die Arbeitsweise der Signalverarbeitungsschaltungen zum Detektieren und zur Kompensation von Ungleichförmigkeiten in der Photoleitfähigkeit und dem Ansprechverhalten gegenüber dem Infrarotlichtstrom bei den Detektoren 50' sowie eine globale Intensitätssteuerung (d. h. der Pegel der gesamten thermischen Infrarotbildhelligkeit) für das Bild gezeigt, das durch das thermische Abbildungsgerät 10 erfaßt wird. Betrachtet man zuerst 7 so ist zu erkennen, daß jedes der Detektorelemente 50' des Detektors 50 eine jeweilige analoge direkte Stromverbindung zu einem enstprechenden Kanal im Multiplexer 80 hat, wobei an die Auslese-Schaltungsverbindung 76 erinnert sei, welche allgemein unter Bezugnahme auf 2 erläutert wurde. Diese Verbindung ist nicht eine Wechselstromverbindung, wie dies herkömmlicherweise der Fall ist. Jede Verbindung enthält einen jeweiligen Verstärker 176 festen Verstärkungsgrades, welcher ein jeweiliges verstärktes Signal an eine Kommutatorschaltung 178 liefert, welche die Schaltung der verstärkten Signale von dem Detektorelementen 50' und den Verstärkern 176 in einen seriellen Analogsignalstrom bewerkstelligt (wobei an das Signal erinnert sei, das durch die elektrische Schnittstelle 52 von 2 übertragen wird). Jeder Verstärker 176 empfängt ein jeweiliges Versatzsignal von einer seriellen Schnittstellenschaltung 180 über einen jeweiligen Digital-/Analogumformer 181. Wie zu erläutern ist werden die Versatzsignale für jedes Detektorelement 50' so gewählt, daß sie auf dynamischer Basis Unterschiede oder Ungleichförmigkeiten der Detektorelemente 50' kompensieren. Diese Unterschiede oder Ungleichförmigkeiten werden detektiert, indem das Ansprechen dieser Detektoerelemente verglichen wird, wenn sie dieselbe horizontale Abtastlinie der Felder 32b, 32f oder 32j betrachten, wie oben ausgeführt wurde, wobei insbesondere nochmals auf 6 Bezug genommen sei.
Der resultierende serielle analoge Bildsignalstrom wird über die Schnittstelle 52 an den analogen Signalprozessor 86 gegeben. In diesem analogen Signalprozessor 86 wird eine globale Verstärkungsgewinnkorrektur für den Pegel des Videosignales auf jedes analoge Signal zur Wirkung gebracht, was durch einen Verstärkungskorrektur-Digital-/Analogumformer 182 geschieht. Wie man erkennt, werden diese Verstärkungskorrektursignale unter Berücksichtigung einer vorausgegangenen zur Wirkung gebrachten globalen Pegelkorrektur gewählt, so daß die resultierenden Signale, wie sie durch einen Verstärkerteil 184 des analogen Signalprozessors 86 verstärkt wurden, an den Analog-/Digitalumformer 92 entsprechend einem Mittelwert zum Mittelpunktpegel oder Skalenmittelniveau als Eingangssignal zu diesem Umformer 92 abgegeben werden, wobei wiederum auf 2 verwiesen sei.
Um diese Signalverarbeitung zu erreichen empfängt der Zeitsignalgenerator 96 die digitalen Szenen-Videosignale von dem Analog-/Digitalumformer 92. Für eine Detektierung und Korrektur der Ungleichförmigkeit verwendet der Zeitsignalgenerator ein Paar von 40-Zeilen-Registern 186 und 188. Diese Register dienen dazu, Zeilen-Summenwerte für die Abtastlinien des Bezugsfelds 32b und für die verschobenen Felder 32f und 32j der Reihe nach anzusammeln und festzuhalten, wenn diese Felder der Reihe nach durch den Detektor 50 aufgenommen werden. Wenn jedes aufeinanderfolgende Feld empfangen wird, werden die Werte des vorausgegangenen Feldes von dem Register 186 zu dem Register 188 auf der Basis eines Überschreibens für Vergleichszwecke verschoben. Das bedeutet, die Signalpegel für sämtliche 512 Pixel jeder Abtastlinie dieser Felder werden in den Registern 186 und 188 zusammengezählt und durch den Mikroprozessor 122 einer Durchschnittswertbildung unterzogen. 8 stellt graphisch die Signalverarbeitungsmethode dar, welche, wie oben beschrieben durchgeführt wird und welche weiter unten noch genauer erläutert wird. Der Mikroprozessor 122 hat eine Parallelschnittstelle mit dem Zeitsignalgenerator 96, wobei diese Schnittstelle durch das Schaltungsblocksymbol 190 und den Pfeil 190' dargestellt ist. Der Mikroprozessor 122 führt die notwendige Abtastlinien-Durchschnittswertrechnung für jedes Feld und den notwendigen Vergleich unter den Abtastlinien-Durchschnittswerten für die Felder 32b, 32f und 32j auf einer sequentiellen Basis Bilddatensatz für Bilddatensatz durch, um die notwendigen Versatzsignale für jeden Detektor in einem dynamischen Bestreben zu berechnen, die sequentiellen Differenzen zwischen den Detektorelementen, welche denselben Teil der betrachteten Szenerie sehen, gegen Null zu bringen. Eine Zeitintegration der Korrekturwerte zu den Versatzsignalen wird so durchgeführt (siehe Block 192 in 8), daß die Versatzsignalwerte für die Detektorelemente sich mit einer Geschwindigkeit ändern, welche es gestattet, das thermische Abbildungsgerät über eine Szenerie hinzuführen ohne daß die sich hierbei einstellenden Szenenveränderungen in Kunstgebilden oder vorrübergehenden Störungen des betrachtenden Bildes resultieren. Die sich ergebenden Versatzsignalpegel werden durch den Mikroprozessor 122 über die Schnittstelle 190 an das Serien-Parallelregister 194 und an die serielle Schnittstelle 180 über eine Verbindung geliefert, welche durch den Pfeil 196 bezeichnet ist.
Zusätzlich werden dieselben Digital-/Analogumformer 181, welche zur Lieferung der Versatzwerte an die Verstärker 176 verwendet werden, auch dazu verwendet, ein globales Pegelsteuersignal zu empfangen und zur Anwendung zu bringen, indem es mit dem Ungleichförmigkeitskorrektur-Versatzsignal überlagert wird. Das bedeutet, daß, wie in 8 gezeigt, die Wirkung des Ungleichförmigkeitskorrektur-Versatzsignales von Detektor zu Detektor und ein globales Pegelkorrektursignal oder Steuersignal den Verstärkern 176 durch Summation dieser Signale zugeführt werden. Das globale Pegelversatzsignal wird sämtlichen 40 der Digital-/Analogumformer 181 gemeinsam zugeführt und wird durch den Mikroprozessor 122 geliefert. Dieses globale Korrektursignal oder Versatzsignal ist äquivalent dem thermischen „Plateau", auf welchem die thermische Bildinformation von der Szenerie gelegen ist. Die Höhe dieses thermischen Plateaus ist von der durchschnittlichen Hintergrundtemperatur der Szene wie sie von dem Gerät 10 betrachtet wird, abhängig. Dieser durchschnittliche thermische Hintergrundsignalpegel wird von den Signalen der Detektorelemente 50' abgezogen, so daß die thermische Bildinformation in diesen Signalen leichter zugänglich wird. Fernerhin errechnet der Mikroprozessor 122 den Durchschnitt sämtlicher 40 zuvor errechneter Abtastlinien-Durchschnittswerte und liefert das globale Pegelversatzsignal über die Schnittstelle 190 an die Digital-Analog-Umformer zur Überlagerung mit den individuellen Ungleichförmigkeitskorrektur-Versatzsignalen, so daß der Durchschnitt aller Abtastlinien-Durchschnittswerte ein ausgewähltes Kriterium erfüllt.
Wie oben dargelegt, ist das ausgewählte Kriterium, daß das durch den Verstärker 184 an den Analog-/Digitalumformer 92 gelieferte Signal im Durchschnitt bei einem Skalenmittelwert für ein Eingangsignal zu diesem Umformer 92 liegt. Dieses Signal wird in 8 durch den mit 196' bezeichneten Pfeil dargestellt. Es sei bemerkt, daß diese globale Pegelerrechnung und Versatzsignalerzeugung die Wirkung hat, daß die betrachtete Szenerie als thermische Bezugsquelle für das thermische Abbildungsgerät 10 verwendet wird. Außer der betrachteten Szene selbst ist keine andere thermische Bezugsquelle erforderlich, was eine beträchtliche Einsparung bezüglich des Leistungsverbrauchs, der Kompliziertheit des Aufbaus, der Größe und des Gewichtes für das Gerät 10 bedeutet. Außerdem stellt sich das Gerät 10 automatisch auf die verschiedenen Temperaturen von betrachteten Szenerien ein, so daß der Signalpegel für den Umformer 92 in einem gewählten Bereich bleibt. Dies führt dazu, daß keine Einstellungen des Gerätes 10 notwendig sind, wenn ein Benutzer des Gerätes von der Betrachtung einer verhältnismäßig kühlen Szenerie, beispielsweise einer Szenerie auf dem Meer, zu einer wärmeren Szenerie wechselt, beispielsweise einem Wald nach Sonnenuntergang an einem warmen Tag. Das Gerät 10 stellt intern das globale Pegelversatzsignal so ein, daß der Benutzer ein Bild sieht, daß weder zu hell noch zu dunkel ist, sondern eine gleichförmige Helligkeit hat.
Verstärkungsgradsteuerung unter Verwendung sowohl von Durchschnittswerten als auch von Mittelwerten von Bildsignal-Absolutwerten
Es sei weiter 7 betrachtet und in Erinnerung gebracht, daß der analoge Signalprozessor 86 einen Digital-/Analogumformer 182 zur Verstärkungskorrektur enthält, der ein Befehlseingangssignal von dem Mikroprozessor 122 erhält, wobei dieses Eingangssignal durch den Pfeil 198 bezeichnet ist. 8 zeigt, daß das Prozessor- und Steuermodul 88 eine Verstärkungskorrektureinrichtung 200 zum errechnen und Zurwirkungbringen eines Verstärkungskorrektursignales an dem Digital-/Analogumformer 182. Um den Grund für diese Verstärkungssteuermöglichkeit verständlich zu machen, ist anzumerken, daß die Umwelt sehr niedrigen Kontrast in dem Infrarotspektrum hat. Weiter kann man sich an die Schwierigkeit erinnern, welche eine normalsichtige Person hat, wenn sie versucht an hellem Scheinwerferlicht vorbei auf ein entgegenkommendes Auto zu blicken. In einem thermischen Abbildungsgerät wirkt ein heißer Gegenstand oder Feuer in dem Blickfeld wie helles Scheinwerferlicht und hat die Wirkung, daß es einen sehr hohen Signalpegel von diesem Teil der Szenerie verursacht, von wo das Bild des heißen Objektes aufgenommen wird. Dies resultiert darin, daß der verbleibende Teil der Szenerie dunkel wird. Wegen des niedrigen Kontrastes im Infrarotspektrum kann ein verhältnismäßig kleiner heißer Punkt in dem Blickfeld eines Infrarotabbildungsgerätes oder thermischen Abbildungsgerätes eine so starke Abdunklung der Szenerie verursachen, daß andere Objekte von Interesse in der Szenerie nicht abgebildet werden oder mit so niedrigem Kontrast abgebildet werden, daß sie nur mit Schwierigkeit wahrzunehmen sind. Diese Objekte, welche nicht abgebildet werden, werden praktisch unsichtbar für den Benutzer eines solchen Gerätes.
Üblicherweise ist es bei Infrarotabbildungsgeräten bekannt, einen Durchschnittswert des Signalpegels von der Szenerie, wie oben diskutiert zu bilden und einen Verstärkungskorrekturfaktor auf der Basis dieses Szenerie-Durchschnittsbildsignalpegels zur Wirkung zu bringen. Diese herkömmliche Verfahrensweise hat den Nachteil, da der größte Teil des betrachteten Bildes dunkel wird falls der Benutzer einen heißen Gegenstand oder Feuer in das Blickfeld bringt. Natürlich kann das Feuer oder der heiße Gegenstand als ein heller Punkt abgebildet werden. Der Benutzer ist jedoch praktisch blind mit Bezug auf andere Objekte, welche nicht durch das herkömmliche thermische Abbildungsgerät abgebildet werden. Um eine solche Verdunklung des Bildes zu verhindern enthält das vorliegende thermische Abbildungsgerät 10 eine Verstärkungskorrektureinrichtung 200, welche mehr ins einzelne gehend in 9 dargestellt ist.
Betrachtet man 9, so erkennt man, daß die Verstärkungskorrektureinrichtung 200 den Mikroprozessor 122 dazu einsetzt, die schematisch angegebenen Funktionen zu verwirklichen. Das bedeutet, ein Absolutwertrechner 202 liefert positive Absolutwertsignale, welche ein Maß des Videosignals sind, das an den Analog-/Digitalumformer 92 gegeben wird. Diese Absolutwertsignale werden sowohl an ein Tiefpassfilter 204 als auch an einen Mittelwertcompiler geliefert. Das Tiefpassfilter 204 erzeugt ein Ausgangssignal, das durch den Pfeil 208 verdeutlicht wird und welches ein Maß für den Durchschnittswert der Absolutwerte des analogen Video-Bildsignales ist, das durch den analogen Signalprozessor 86 bereitgestellt wird. Ein Analog-/Digitalumformer 210 liefert ein digitales Ausgangssignal, das durch den Pfeil 212 bezeichnet ist und welches digital den Durchschnittswert der Absolutwerte des Video-Bildsignales von dem ASP-Prozessor anzeigt.
In entsprechender Weise liefert der Mittelwertcompiler 206 eine Anzeige des Signalwertes des Signales, welches der Mittelwert sämtlicher der vom ASP-Prozessor 86 gelieferten Bildsignale ist. Das bedeutet der Compiler 206 liefert einfach eine Anzeige dessen, was der mittlere Bildsignalabsolutwert ist, wobei die Hälfte der Bildsignale einen Absolutwert oberhalb dieses Wertes und eine andere Hälfte unterhalb dieses Wertes haben. Dieses Mittelwertsignal (Pfeil 214) wird an der Verbindung 216 mit einem Mittelwert-Einstellpunkt verglichen, der von einem Einstellpunktanzeiger 218 geliefert wird. Im Falle des Bestehens einer Differenz zwischen dem tatsächlichen Absolutwert-Mittelwert und dem Einstellpunktwert von dem Einstellpunktanzeiger (erwünschterweise ist dieser Wert Null) wird der Unterschied durch einen Verstärker 220 maßstabsverändert und an eine Verbindung 122 geliefert. An diesem Verbindungspunkt liefert ein Einstellpunktanzeiger 224 einen Einstellpunktwert zur Begrenzung des Grades der Korrektur, welche durch den Mittelwertcompiler 206 vorgenommen wird. Das resultierende Signal (Pfeil 226) wird zu dem Verbindungspunkt 228 in Opposition zu dem Absolutwert-Durchschnittssignal 212 geliefert. Ein Verstärkungsregister 230 empfängt das resultierende Signal (d. h., ein Absolutwert-Durchschnittssignal) begrenzt durch einen maßstabsveränderten Mittelwert des Absolutwertsignals und liefert dieses Signal über einen internen Zeitintegrator an die Einrichtung 200 zur Veränderung des Verstärkungsgewinns.
Das Ergebnis dieser Verstärkungssteuerschaltung, welche in 9 gezeigt ist, ist es, daß der Betrieb des thermischen Abbildungsgerätes, wenn es eine Szenerie von im wesentlichen gleichförmiger Temperatur betrachtet, im wesentliche derselbe ist, wie bei einem herkömmlichen thermischen Abbildungsgerät. Das heißt, der Mittelwert der Bildsignale ist im wesentlichen derselbe wie der Durchschnittswert (wobei beide als Absolutwerte betrachtet werden), und der Mittelwertcompiler hat praktisch keinen Einfluß auf den Verstärkungsgewinn, welcher auf das Videobild zur Wirkung gebracht wird. Wenn aber der Benutzer beispielsweise ein Feuer in das Blickfeld des thermischen Abbildungsgerätes bringt, dann ist, selbst wenn dieses Feuer nur einen kleinen Bruchteil der Fläche der betrachteten Szenerie ausmacht, dessen thermische Emission derart bedeutend größer als diejenige des Restes der Szenerie, daß der Durchschnittswert für das Bildsignal (Verbindung 52) stark nach oben gedrückt wird. Dies hat zum Ergebnis, daß der Durchschnitt des Absolutwertes für dieses Bild bedeutend größer ist und das Verstärkungsregister in Richtung auf einen niedrigeren Verstärkungswert getrieben würde. Der Verstärkungsgewinn würde vermindert, so als ob das Abbildungsgerät auf ein stark emittierendes warmes Gesichtsfeld gerichtet würde. In diesem Falle jedoch sind die Merkmale in dem Blickfeld oder Gesichtsfeld (außer dem Feuer) verhältnismäßig kalt und es ist ein höherer Verstärkungsgrad notwendig, um diese Merkmale abzubilden. Unter diesen Umständen wird daher der Mittelwert des Absolutwertes nur leicht erhöht, da das Feuer, obwohl es eine hohe thermische Emission aufweist, nur einen kleinen Teil der gesamten Szenenfläche einnimmt. Folglich würde eine Abnahme des verwendeten Verstärkungssignals als Ergebnis der regulierenden Wirkung des Durchschnittssignalteiles der Schaltung (d. h. Tiefpassfilter 204) den Mittelwert bedeutsam erniedrigen, da er die gesamte Szenerie beeinflußt. Der Mittelwertcompiler hat die Funktion, ein kompensierendes verstärkungsgewinnerhöhendes Signal zur Wirkung zu bringen, was die Verstärkung des Abbildungsgerätes an einem Pegel stabilisiert, der es ermöglicht andere Objekte und Merkmale im Gesichtsfeld zu erkennen. Unter diesen Umständen wird derjenige Teil der Anzeigeeinrichtung 58, welcher das Feuer abbildet in die Sättigung getrieben, doch der Rest der Anzeige wird nicht zu stark abgedunkelt und bildet immer noch andere Merkmale im Blickfeld des Gerätes 10 ab.
Während die vorliegende Erfindung abgebildet und beschrieben und unter Bezugnahme auf eine bestimmte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung definiert worden ist, bedeutet diese Bezugnahme keine Beschränkung der Erfindung, weshalb eine solche Beschränkung nicht in Betracht kommt. Die Erfindung ermöglicht in beträchtlichem Umfang Modifikationen, Änderungen und den Einsatz von Äquivalenten in Form und Funktion, wie Fachleute auf diesem Gebiet erkennen. Die dargestellte und beschriebene bevorzugte Ausführungsform ist nur beispielsweise angegeben und die Erfindung erschöpft sich hierin nicht. Folglich ist die Erfindung nur durch den Umfang der anliegenden Ansprüche begrenzt anzusehen, wobei Äquivalente in jeder Hinsicht in vollem Maße einzubeziehen sind.

Claims

Thermisches Abbildungsgerät (10) mit einer Detektorgruppe (50), welche auf thermische Infrarotstrahlung anspricht und welche eine linear aufgereihte Mehrzahl von Detektorelementen (50', 50'', 50''', ...) aufweist, und einer Abtasteinrichtung (22) zur Abtastbewegung der genannten Szenerie über die genannte Mehrzahl von Detektorelementen (50', 50'', 50''', ...) hinweg, wobei die genannte Mehrzahl von Detektorelementen (50', 50'', 50''', ...) einzeln in Abhängigkeit von der einfallenden Infrarotstrahlung jeweils ein entsprechendes einer Mehrzahl von Detektorsignalen erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß das thermische Abbildungsgerät (10) folgendes enthält: eine Absolutwertschaltung (202), welche eine entsprechende Anzahl von Absolutwertsignalen erzeugt, von denen jedes den jeweiligen Absolutwert eines der genannten Anzahl von Detektorsignalen während einer Abtastbewegung der betrachteten Szenerie über die Detektorgruppe (50) hin anzeigt, eine Durchschnittswertbildungsschaltung (208), welche ein Durchschnittswertsignal (208) erzeugt, das den Durchschnittswert der genannten Anzahl von Absolutwertsignalen anzeigt, sowie eine Mittelwert-Kompilerschaltung (206), welche ein Mittelwertsignal erzeugt, das den Mittelwert der genannten Anzahl von Absolutwertsignalen anzeigt, und eine Verstärkungskorrektureinrichtung (200), welche eine entsprechende Anzahl von verstärkungskorrigierten Detektorsignalen erzeugt und welche sowohl auf das Durchschnittswertsignal als auch das Mittelwertsignal anspricht, um die Verstärkung der Verstärkungskorrektureinrichtung auf einem Pegel zu stabilisieren, welcher eine zu starke Abdunklung der abgebildeten Szenerie durch ein kompensierendes Verstärkungserhöhungssignal verhindert.
Thermische Abbildungseinrichtung (10) nach Anspruch 1, welche einen verstärkungsvariablen Analogverstärker (200) und eine Verstärkungskorrekturschaltung (206, 218, 224, 230) enthält, welche das Durchschnittswertsignal empfängt und in Abhängigkeit davon ein Verstärkungskorrektursignal liefert, welches den Verstärkungswert des verstärkungsvariablen Analogverstärkers (200) steuert.
Thermisches Abbildungsgerät (10) nach Anspruch 2, bei welchem die Verstärkungskorrekturschaltung (206, 218, 224, 230) einen Mittelwert-Einstellpunktanzeiger (218) enthält, der einen Einstellpunktwert für das Mittelwertsignal liefert, sowie einen Vergleicher (216) enthält, der ein Mittelwert-Vergleichssignal liefert, das eine Differenz zwischen dem Einstellpunktsignalwert und dem Mittelwertsignal anzeigt, wobei die Verstärkungskorrekturschaltung (206, 218, 224, 230) weiter einen Durchschnittswert-Einstellpunktanzeiger (224) enthält, der einen Einstellpunktwert für das Durchschnittswertsignal liefert, und wobei ein entsprechender Vergleicher (222) vorgesehen ist, welcher das Durchschnittswertsignal und das Einstellpunktwertsignal empfängt und jeweils ein Durchschnittswert-Vergleichssignal liefert, das eine Differenz zwischen den vorgenannten Signalen anzeigt.
Thermisches Abbildungsgerät (10) nach Anspruch 3, bei welchem die Verstärkungskorrekturschaltung (206, 218, 224, 230) weiter einen Vergleicher (228) enthält, der das Durchschnittswert-Vergleichssignal und das Mittelwert-Vergleichssignal als Begrenzung an erstgananntem Signal empfängt und in Abhängigkeit davon ein ergänztes Korrektursignal an den verstärkungsvariablen Analogverstärker (200) liefert, um dessen veränderliche Verstärkung zu steuern.
Thermisches Abbildungsgerät (10) nach Anspruch 1, bei welchem die genannte linear aufgerreihte Anzahl von Detektorelementen (50', 50'', 50''', ...) beabstandete Detektorelemente sind, welche zusammen eine Längendimension der Detektorgruppe (50) bestimmen; die Abtasteinrichtung (22) eine Abtastbewegung der betrachteten Szenerie über die genannte Anzahl von Detektorelementen (50', 50'', 50''', ...) in einer Richtung im wesentlichen senkrecht zu der Längendimemsion erzeugt, und jedes der Anzahl von Detektorelementen (50', 50'', 50''', ...) ein entsprechendes einzelnes elektrisches Signal erzeugt, das eine Anzeige für die auf es treffenede thermische Infrarotstrahlung bildet, wobei einzelne Detektorelemente (50', 50'', 50''', ...) innerhalb der genannten Anzahl von Detektorelememten (50', 50'', 50''', ...) voneinander verschieden sind und wobei die thermische Abbildungseinrichtung weiter folgendes enthält: eine individuelle elektrische Gleichstromverbindung von jedem der Anzahl von Detektorelementen (50', 50'', 50''', ...) zu einem entsprechenden einer Anzahl von Analogverstärkern (176), dessen Verstärkungsgewinn festgelegt werden kann, wobei die Anzahl von Analogverstärkern (176) jeweils elektrische Verbindung mit einem Multiplexer (178) haben, um einen seriellen Strom von Analogsignalen (52) auszugeben, welcher eine Anzeige für den thermischen Infrarot-Strahlungsfluß bildet, der auf die Detektorgruppe (50) trifft, ferner eine Kompensationsschaltung (96), welche auf Unterschiede in den elektrischen Signalen von identifizierten Elementen der genannten Anzahl von Detektorelementen (50', 50'', 50''', ...) anspricht, die den selben Teil der betrachteten Szenerie abgetastet haben, um ein entsprechendes Kompensationssignal (196) für die identifizierten Detektorelemente (50', 50'', 50''', ...) zu bilden, sowie eine elektrische Schaltung (76), welche die jeweiligen Kompensationssignale (196) an diejenigen der Anzahl von Verstärkern (176) liefert, welche mit den jeweiligen entsprechenden der Anzahl von Detektorelementen (50', 50'', 50''', ...) verbunden sind, um deren Verstärkungsgewinn zu modifizieren, um die Differenzen minimal zu machen, ferner einen verstärkungsvariablen Analogverstärker (86), welcher den genannten Strom von Analogsignalen empfängt, die eine Anzeige für den thermischen Infrarotstrahlungsstrom bilden, welcher auf die Detektorgruppe (50) trifft, sowie eine Verstärkungskorrekturschaltung (96), welche das Durchschnittswertsignal empfängt und in Abhängigkeit davon ein Verstärkungskorrektursignal bildet, das den Verstärkungswert des verstärkungsvariablen Analogverstärkers (86) steuert.
Thermisches Abbildungsgerät (10) nach Anspruch 5, welches weiter eine Schaltung (122) zur Lieferung eines Pegelkorrektursignales in gleicher Weise an jeden der genannten Anzahl von im Verstärkungsgrad festgelegten Analogverstärkern (176) zur Überlagerung mit den jeweiligen der Kompensationssignale aufweist.
Thermisches Abbildungsgerät (10) nach Anspruch 6, welches weiter einen Analog-/Digital-Umformer (92) enthält, der von dem genannten weiteren verstärkungsvariablen Analogverstärker (86) den genannten seriellen Strom von Analogsignalen entsprechend dem thermischen Infrarotstrahlungsfluß, welcher auf die genannte Detektorgruppe (509) trifft, empfängt, wobei der Analog-/Digital-Umformer (92) für ein in ihn eingegebenes Eingangssignal ein Skalenmittelwertsignal aufweist und die genannte Schaltung (122) zur Lieferung eines Pegelkorrektursignals in gleicher Weise an jeden der Anzahl von im Verstärkungsgewinn festgelegten Analogverstärkern (176) zur Überlagerung mit dem jeweiligen der Kompensationssignale das Pegelkorrektursignal bei einem Pegel liefert, welcher bewirkt, daß der serielle Strom von Analogsignalen im Durchschnitt, wie er durch den Analog-/Digital-Umformer (92) empfangen wird, im wesentlichen dem Skalenmittelwertsignal entspricht.
Thermisches Abbildungsgerät (10) nach Anspruch 7, bei welchem die Kompensationsschaltung (96) eine Registeranordnung (186, 188) mit einer Kapazität gleich dem zweifachen der Anzahl von Detektorelementen (50', 50'', 50''', ...) in der genannten Mehrzahl von Detektorelementen (50', 50'', 50''', ...) enthält, wobei ein erster Teil (186) der genannten Registeranordnung (186, 188) an entsprechenden Registerplätzen Werte für die elektrischen Signale entsprechend einer ersten Abtastung der betrachteten Szenarie über die Detektorgruppe (50) hin empfängt und speichert, und ein zweiter Teil (188) der genannten Registeranordnung (186, 188) an entsprechenden Registerplätzen Werte für die elektrischen Signale entsprechend einer darauffolgenden Abtastung der betrachteten Szenarie über die genannte Anzahl von Detektorelementen (50', 50'', 50''', ...) hin empfängt und speichert, und wobei das themische Abbildungsgerät weiter eine Recheneinrichtung (122) enthält, welche die gespeicherten Werte des ersten und des zweiten Teils der Registeranordnung (186, 188) für identifizierte der genannten Anzahl von Detektorelementen (50', 50'', 50''', ...), welche den selben Teil der betrachteten Szenarie abgetastet haben, vergleicht, um ein jeweiliges Kompensationssignal für die bezeichneten Detektorelemente (50', 50'', 50''', ...) zu bilden.
Thermisches Abbildungsgerät (10) nach Anspruch 8, bei welchem die elektrische Schaltung (76), welche die jeweilige Kompensationssignale an diejenigen der genannten Mehrzahl von Verstärkern (176) liefert, die mit den entsprechenden der Anzahl von Detektorelementen (50', 50'', 50''', ...) verbunden sind, eine Anzahl von Digital-/Analog-Umformern (DAC) (181) enthält, wobei die Kompensationsschaltung (122) entsprechende der Kompensationssignale an jeweilige der Anzahl von Digital-/Analog-Umformern (181) in digitalem seriellem Format liefert, und jeder der Digital-/Analog-Umformer (181) einzeln als entsprechendes analoges Kompensationssignal an den jeweiligen der Anzahl von in dem Verstärkungsgewinn festgelegten analogen Verstärkern (176) liefert.
Thermisches Abbildungsgerät (10) nach Anspruch 9, bei welchem die genannte Schaltung (96), welche ein entsprechendes Pegelkorrektursignal in gleicher Weise an jeden der in dem Verstärkungsgewinn festgelegten Analogverstärker (176) zur Überlagerung mit dem jeweiligen der genannten Kompensationssignale liefert, eine Mikroprozessor (122) enthält, welcher das Pegelkorrektursignal in gleicher Weise an den jeweiligen der genannten Anzahl von Digital-/Analog-Umformern (181) liefert, wobei jeder der genannte Digital-/Analog-Umformer (181) einzeln ein entsprechendes gleiches Pegelkorrektur-Analogsignal an den jeweiligen der genannten Anzahl von im Verstärkungsgewinn festgelegten Analogverstärkern (176) liefert.