DE2633760A1 - Zeilenabtastanlage zur gelaendeabtastung bei flugzeugen - Google Patents

Description

- . JOL! 1871

HAWKER SIDDELEY DYNAMICS LIMITED Hd. 26?98

Manor Road,

Hatfield, Hertfordshire, England.

Zeilenabtastanlage zur Gelandeabtastung bei Flugzeugen

Die Erfindung bezieht sich auf optische Abtast- und Filmaufzeichnungsanlagen im allgemeinen und auf die Verwendung besonderer Detektoröffnungsformen zum Verbessern ihrer räumlichen Sampling (Probeentnahme) Raten und zusätzlich zum Verbessern der subjektiven Qualität der Filmaufzeichnung im besonderen.

Flugzeug -Infrarot-Zeilenabtastanlagen zum Abtasten und Herstellen einer Aufzeichnung des Geländes unter dem Flugzeug verwenden gewöhnlich diskrete Detektoren und tasten das Feld des Objektes in einer Richtung ab, während sie sich auf das Flugzeug zum Erzeugen der Abtastung in der anderen Richtung (senkrechten) stützen. Solche Anlagen leiden an Problemen der Raum-SampIingrate.

Übliche Praxis bei Zeilenabtastanlagen ist das Verwenden von Quadratdetektoren. Die Sensoranlage befindet sich in einem Flugzeug und tastet das Objektfeld in der zur Flugbahn des Flugzeuges senkrechten Richtung ab (quer zur Spurabtastung). Die Flugzeugbewegung erzeugt auf ihrer Bahn die andere Abtast- oder Rasterkomponente (längs der Spurabtastung) . Die Obgektfeld-Samplingsrate des Detektors in der der Querspurabtastrichtung ist fortlaufend, während sie in der Längsspurrichtung nicht fortlaufend ist. Ferner ist die Längsspurrate variabel, wenn sich das Verhältnis von Flugzeuggeschwindigkeit zu Höhe ändert (V/H).

6O9866M0SG

Bei Anlagen mit Quadratdetektoren ist es üblich, das Verhältnis der begrenzenden Geschwindigkeit zur Höhe (VH/H) zu berücksichtigen, wie das, bei dem jeder nachfolgende Querspurstreifen Kante an Kante mit den vorhergehenden Streifen zusammenstößt. Wie das V/H-Verhältnis begrenzt wird, wird somit die Samplingsrate auf eine pro Auflöseelement im "Längsspurabschnitt verringert (Hier wird ein Auflöseelement als das jeweilige Blickfeld definiert, das sich aus der Größe des jeweiligen Detekorelements ergibt).

Die Samplingtheorie bestimmt, daß ein Minimum von zwei Proben pro Bildpunkt zum getreuen Wiedergeben der ursprünglichen Schwingungsform notwendig ist. In Begriffen des räumlichen Samplings ist es auch erforderlich, daß das Samplingintervall durch eine Hälfte eines Bildpunktes räumlich getrennt ist. Das Ergebnis des Zusammentreffens dieses kritischen Kriteriums würde die V/H-Fähigkeit der Anlage halbieren müssen.

Bei einer Filmaufzeichnungsanlage, die zum Detekor paßt, d.h. das Verwenden eine Quadratlichtquellenabtastöffnung zum Ziehen der Zeilen auf der Filmaufzeichnung, wird der Rastereffekt an der V/H-Gr'enze (nach dem Zusammenstoßen der Abtastlinien) offensichtlich. Wenn das V/H-Verhältnis abnimmt, überlappt entweder die nachfolgende Zeile die vorhergehende, was wegen der auf dem Oberlappungsabschnitt aufgebauten Filmdichte einen weiteren Rastereffekt ergibt, oder auch die Längsspurbreite der Zeile wird verringert, um so zu kompensieren, daß der Primärrastereffekt offensichtlich bleibt.

Die vorstehenden Erläuterungen über die Samplingraten für den Detektor betreffen auch die Aufzeichnungsabtastöffnung.

S09886/109Ö

Aufgabe der Erfindung ist es:

a) die Längsspurdetektorsamplingrate zu verbessern und

b) den Aufzeichnungsrastereffekt und die Samplingrate zu verbessern, ohne entweder die räumliche. Auflösung oder" die V/H-Begrenzung der Anlage schädlich zu beeinflussen.

Nach der Erfindung wird eine Zeilenabtastanlage zur Verwendung bei Flugzeugen zur Geländeabtastung vorgesehen, wobei die Detektoranordnung der Abtastanlage verteilt angeordnete Detektorelemente enthält, die in Reihen in rechtem Winkel zur Abtastrichtung liegen und gegeneinander so versetzt sind, daß die Elemente einer nachfolgenden Reihe gegenüber Spalten in einer vorhergehenden Reihe liegen. Die Anlage ist nun dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Detektorelementgebiet rhombenförmig sind, wobei die Rhomben Diagonale aufweisen, die parallel zur Abtastrichtung verlaufen und die Verteilung und die Abmessungen der Elemente so in senkrechter Richtung zur Abtastrichtung liegen, daß sie während der Abtastung ein beachtliches Samplingübeulappen ergeben.

Bei Infrarotzeilenabtastanlagen ist für eine gegebene optische Infrarotöffnung die thermische Empfindlichkeit direkt proportional der Quadratwurzel des Detektorgebiets. Für eine gegebene optische öffnung und eine gegebene thermische Anlagen-Empfindlichkeit wird die Detektorfläche konstant gehalten. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Rhomben tatsächlich um 45'
biet ist unverändert.

ben tatsächlich um 45° gedrehte Quadrate und das Detektorge-

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird mit Hilfe der Zeichnungen beschrieben. In diesen ist:

/ 1 09Q

Figur 1 die Darstellung dreier möglicher Detektorformen

Figur 2 die relativen entsprechenden Kurven für die Detektorformen nach Figur 1;

die Figuren 3a und 3b zeigen die Wirkung des Änderns von V/H bei rhombenförmigen Detektoren, und

Figur 4 vergleicht eine Anordnung von Rhombendetektoren mit derselben Zahl von gleichgroßen Quadratdetektoren.

In Figur 1 werden drei Öffnungsformen betrachtet - Quadrat, Rhome, und Kreisrund. Eine dimensionale Fourier-Transforma-e tion kann wie folgt geschrieben werden: Für die Quadratöffnung:

= _sin_sin (cod)

worin d die Länge der Öffnungsseiten und ob die reduzierte Raumfrequenz 2TTf ist (worin f die Raumfrequenz ist);

Für die Kreisrund^Öffnung:

worin J^ die Bessel Funktion der ersten Art ist. Für die Rhombenöffnung:

21 - cos (u>'d)

worin d die Halbdiagonale in der Abtastrichtung und c die Halbdiagonale senkrecht zur Abtastrichtung ist.

Bei einer etwa einem halben Umlauf pro Öffnungsweite entsprechenden Frequenz ist das relative Ansprechen der Quadratöffnung etwa 31 kleiner als das der Kreisrundenanlage, die etwa 3% kleiner als das der Rhombenöffnung ist. Das hohe Frequenzansprechen für die kreisrunde Öffnung ist am Rand besser als das der Quadratöffnun.g (zuerst tritt Null bei um 15% höherer Frequenz als die der Quadratöffnung auf), während das hohe Frequenzansprechen der Rhombenöffnung eine weitere Verbesserung dem der Quadratöffnung ist (zuerst erfolgt Null bei um 401 höherer Frequenz als die der Quadratöffnung),

Es ist deshalb zu erkennen, daß die Vorteile der einzelnen Samplingöffnungsformen in Begriffen des Anpsrechens nur bestehen, um bei Raumfrequenzen aufzutreten, die wesentlich höher als ein halber Umlauf pro öffnungsweite ist, was es in einer Anlage schwierig macht, das Bewerten in Begriffen der Auflösungsgrenze allein relativ durchzuführen.

Das Ansprechen der drei Öffnungsformen auf höhe Frequenzziele ist wegen der ersten Null folgenden Ansprechcharakteristik sehr unterschiedlich (Figur 2). Dies kann als ein "Resonanz"-Phänomen angesehen werden. Die erste "Resonanz" für eine Quadratöffnung erfolgt bei etwa 1,5 Umlauf pro öffnung, die nächste bei 2,5 Umlauf usw, Sowohl die Quadrat- wie auch die kreisrunde öffnung haben bei der ersten Resonanz ein bedeutendes Ansprechen (mehr als 10%) und die Quadratöffnung bei etwa 10% bei der vierten "Resonanz", Dieser Effekt führt zu einer "falschen Auflösung" und kann als eine Quelle von Raumstörgeräusch in der Anlage angesehen werden.

Das Ansprechen der Rhombenöffnung ist bei der ersten "Resonanz" geringer als 10%.

β09βδβ/1090

In Begriffen des "Kanten"-Ansprechens der verschiedenen Detektorformen auf ein gedehntes Spurenziel besitzt die rhombenförmige Öffnung eine am Rand raschere Raumanstiegs zeit als die Quadrat- und die kreisrunde Öffnung (wegen des hohen Frequenzansprechens dieser Öffnung).

Bei einem gegebenen Detektorgebiet und einem Verhältnis von Geschwindigkeit zu Höhe besitzen die Rhomben- und die kreisrunde Öffnung Vorteile gegenüber der Quadratöffnung in Begriffen der Zahl der Längsspurproben pro Bildpunkt. Figur 3a zeigt deshalb.Rhombenöffnungen mit 50%iger Überlappung. Die Samplingstheorie schlägt vor, daß ein absolutes Minimum von 2,0 Proben pro Bildpunkt zur getreuen Wiedergabe des Originalbildes notwendig sind. Diese Bedingung kann mit etwa 40% überlappten Rhombenöffnungen angenähert erreicht werden (Figur 4).

Bei Verwendung.einer Filmaufzeichenvorrichtung, z.B. lichtemittierende Dioden als zeilenschreibendes Element für die Detektoranordnung, gelten in bezug auf das Frequenzansprechen und das Anigen der Samplingrate ähnliche Argumente. Bei sich bei um 401 überlappenden rhombenförmigen Öffnungen wird die subjektive Qualität der Filmaufzeichnung durch einfaches Zulassen der Photo-Dioden-Abtastzeilen zum Oberlappen am aufzeichnenden Film verbessert. Das Ergebnis ist eine glatte AufzeichnungsCharakteristik mit sehr niedrigem "Rastereffekt". Wenn die Abtastzeilen sich zunehmend überlappen (Figur 3b), wie die Filmgeschwiindigkeit zum Korrigieren des Maßstabes der Aufzeichnung mit Abnahme von V/H verringert wird, wird der sich ergebende Rastereffekt von hoher Frequenz und vergleichsweise kleiner Amplitude sein. Die mittlere Helligkeit der lichtemittierenden Diode kann sich ändern, um den mittleren Videopegel zu halten, und es geht keine Information verloren.

Figur 4 zeigt, daß mit einer Anordnung von Quadratdetektoren, bei der die nachfolgendenDetektoren in der nächsten Reihe zum Überdecken der Spalte versetzt sind, dort kein Überlappen erfolgt und jeder Bildpunkt nur einmal geprüft wird. Nur durch Wiederausrichten der Detektoren um 45 , wobei ihi~e Zahl, Form und Größe dieselben bleiben, so daß sie nun Rhomben mit zur Abtastrichtung parallelen Diagonalen sind, erfolgt ein Überlappen, so daß jeder Bildpunkt 1,4 mal geprüft wird.
Die Erfindung ermöglicht somit:

1) Das Erhöhen der Längsspursamplingsrate, während Auflösung, Empfindlichkeit und Abtastzeilendichte beibehalten werden;

2) Verbesserung bei der Schreib- und Aufzeichnungsrasteranlage zum Verringern des visuellen Rastereffekts in der dargestellten Aufzeichnung ohne schädlichen Einfluß der Raumauflösung der Anlage auf Minimalwerte;

3) Anordnen der Detektorabtastung und der Wiedergabeabtastung soxvohl, um die Ras te rs amp lings rate so groß wie möglich zu machen, als auch um den visuellen Rastereffekt so klein wie möglich zu machen.

Die Erfindung enthält auch eine Detektoranordnung, bei der die Detektoren so angebracht werden, daß das V/H-Verhältnis auf ein besonderes Flugschema oder eine Sendung eingestellt werden kann oder die Detektoranordnung wahlweise nachgebildet werden kann, um diesen Anforderungen zu folgen.

6Ö$886/1ÖÖÖ.

Claims (1)

1. 26337Bfl 11 JiL; ^lSfB

   P . A T E .N T A N -. S PR O C H. E

   Zeilenabtastanlage zur Verwendung in einem Flugzeug zum Abtasten eines Geländes, wobei die Detektoranordnung der Abtastanlage verteilt liegende Detektorelemente in Reihen enthält, die rechtwinkelig zur Abtastrichtung verlaufen und gegeneinander so versetzt sind, daß die Elemente einer nachfolgenden Reihe Spalten in einer vorhergehenden Reihe gegenüberliegen, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Detektorelementgebiete rhombenförmig sind, wobei die Rhomben zur Abtastrichtung parallel Diagonalen aufweisen und die Verteilung und Bemessung der Elemente in rechtem Winkel zur Abtastrichtung so sind, daß sie während des Abtastens eine beachtliche Samplingüberlappung ergeben,

   2, Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Samplingüberlappung praktisch 40% beträgt.

   3. Anlage nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rhomben so gedrehte Quadrate sind, daß jeder eine Diagonale besitzt, die parallel zur Abtastrichtung verläuft.

   4, Anlage nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aufzeichnungsrasteranlage Schreib'öffnungen besitzt, die den Detektorelementen der Abtastanlage ähnlich sind,

   5. Anlage nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorelemente einstellbar] angebracht sind und die Detektor anordnung selektiv naqhge.bildet werden kann,-

   ;. Meissner

   aaiL

   .S098ä6/iÖ§Q

   ORiGSNAL INSPECTED

   e e

   r s e i t e