DE60020081T2

DE60020081T2 - Vorrichtung und verfahren zur elektronischen stabilisierung für vorwärtsinfrarotabbildungssystem der zweiten generation

Info

Publication number: DE60020081T2
Application number: DE60020081T
Authority: DE
Inventors: C. Nicole GROTTODDEN; M. George BURITICA; S. Sam NISHIKUBO
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1999-10-28
Filing date: 2000-10-27
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2020-10-28
Also published as: US6720994B1; IL143505A; IL143505A0; EP1149267A1; WO2001031280A1; DE60020081D1; EP1149267B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung:
Die vorliegende Erfindung betrifft Abbildungssysteme. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Infrarot-Abbildungssysteme und Systeme und Verfahren zur Stabilisierung desselben im Hinblick auf Vibrationen.
Beschreibung des betreffenden Standes der Technik:
Abbildungssysteme werden in breitem Maßstab für zahlreiche Anwendungen verwendet, von Navigation und Führungs- bis Astronomieanwendungen. Infrarot-Abbildungssysteme erlauben es, Objekte zu erfassen bei Bedingungen mit niedrigem Lichtpegel, die ansonsten für das menschliche Auge nicht erfassbar wären. Aus diesem Grund wurden zahlreiche militärische Systeme mit vorwärts schauenden Infrarot(FLIR)-Abbildungssystemen ausgestattet.
Sowohl FLIR als auch sichtbare Abbildungssysteme leiden an einem Abbildungszittern auf Grund von Vibration. Früher benutzten Abbildungssysteme (insbesondere FLIR) mechanische Mittel, um die Sichtlinie (LOS) stabil zu halten. Eine übliche Technik bestand aus einer inneren kardanischen Aufhängung, die die LOS gegenüber Plattformvibration isolierte, die normalerweise die äußere kardanische Aufhängung beeinflusste. Allgemein sind luftgestützte kardanische Systeme Winkel-Vibrations-Eingangssignalen ausgesetzt, die zu Rest-Servofehlern führten. Dieser Servofehler stellt die Abweichung der Kardanposition gegenüber der Ausrichtungsposition dar. Falls dieser Fehler unkorrigiert bleibt, führt er zu einer hochfrequenten Bewegung der Sichtlinie und einer Verschlechterung der Abbildung. Folglich ist dieses Verfahren nicht nur als eine Lösung beschränkt, sondern ist auch teuer und fügt Gewicht und Größe dem Sensor hinzu, was diesen Lösungsweg bei vielen luftgestützten Anwendungen inkompatibel macht.
Eine andere Technik verwendet einen bewegungskompensierten Spiegel, der in das Teleskop eingebaut ist, um die LOS dynamisch einzustellen. Wie jedoch bei dem vorhergehenden Verfahren erhöht diese Technik ebenfalls die Sensorkosten, dessen Gewicht und Größe. Zusätzlich ist dieses System schwierig umzusetzen, da der Spiegel zerbrechlich ist und ein aufwändiges Steuersystem erfordert. Ferner arbeitet das System schlecht insofern, als es eine nicht zufriedenstellende Roll-Darstellung für den Bediener erzeugt.
Ein drittes Verfahren, das rein elektronisch ist, benutzt Speicher, um das vollständige Videobild zu speichern und das zugehörige Vibrationsprofil, das die LOS-Bewegungsinformation enthält. Während dem Auslesen zu einem Bildschirm wird das Ausgangsvideo gestreckt und komprimiert basierend auf dem aufgezeichneten Profil, was zu einem stabilen LOS führt.
Zusätzlich zu dem benötigten Speicher, um all die Information zu speichern, die für die Nachverarbeitung erforderlich sind, besitzt dieses Verfahren den Nachteil, dass jegliche Zwischenverarbeitung (bspw. Zielnachführung) auf der Abbildung vor der Stabilisierung ausgeführt wird. Dies führt zu einer Leistungsbeeinträchtigung. Zusätzlich ist die Abbildung nicht für eine Nachführung verfügbar.
Somit besteht ein Bedürfnis im Stand der Technik nach kleinen, leichtgewichtigen, wirksamen, aber kostengünstigen Systemen oder Techniken zur Kompensierung von Zittern in Abbildungssystemen, die auf Plattformen angebracht sind, die Vibration oder mechanische Bewegung erfahren.
US 5,309,250 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung der stationären Position der Sichtlinie einer Filmvorrichtung, die Vibrationen ausgesetzt ist. Es ist ebenfalls eine Vorrichtung zur Implementierung dieses Verfahrens offenbart, bei der eine Filmvorrichtung, die integraler Bestandteil mit einem Gehäuse ist, ein Videosignal liefert, das eine Abbildungsszene darstellt. Ein Bewegungsdetektor ist ebenfalls integraler Bestandteil des Gehäuses und liefert ein Synchronisationssignal, das zu einer Steuerung eines Abtasters bzw. Samplers führt, der abseits des Gehäuses platziert ist.
Das Bedürfnis im Stand der Technik wird von einem Abbildungsstabilisierungssystem und einem Verfahren der vorliegenden Erfindung angesprochen, wie sie in den angehängten Ansprüchen ausgeführt sind. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße System eine Abbildungs-Abtastschaltung, die auf einer Plattform angebracht ist, um eine Abbildung in Antwort auf Synchronisationssteuerungssignale abzutasten und eine Vielzahl von Abbildungssignalen in Antwort darauf auszugeben. Eine Azimut-Auflösungsvorrichtung erfasst die Vibration der Plattform und liefert ein Signal in Antwort darauf. Ein Mikroprozessor stellt die Synchronisationssteuersignale ein, um die Abbildungs-Abtastschaltung zu veranlassen, die Abbildung abzutasten und damit die Wirkung der Vibration auf die Abbildungssignale zu kompensieren.
In der erläuternden Ausführungsform umfasst der Mikroprozessor Software zur Kompensation von Vibration, die einen Abbildungsversatz, komprimierte Abbildungen, ausgedehnte Abbildungen und Komprimierungsausdehnung innerhalb eines einzelnen Bilds verursacht.
Die vorliegende Erfindung liefert eine Abbildungsstabilisierung in rein elektronischer Weise ohne die Notwendigkeit nach bewegten Teilen, die typischerweise eine Steuerungshardware und einen signifikanten Platzbedarf benötigten. Zusätzlich eliminiert dieses Verfahren, da die LOS-Bewegungskompensation beim Abtasten der Abbildung erfolgt, die Notwendigkeit für große Speichermengen, die zum Speichern eines Videobilds erforderlich wäre, sowie eine LOS-Information für eine Nachverarbeitung.
Die vorliegende Erfindung kann ebenfalls Verbesserungen bei der Systemleistung bieten, indem die stabilisierte Abbil dung einer Auto-Nachführeinrichtung geliefert wird, um damit das Nachführzittern und die Videoverzögerung zu minimieren.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine Reihe von Diagrammen, die die Auswirkungen verschiedener Servofehler auf eine Szene darstellen, die von einem beispielhaften, vorwärts schauenden Infrarot-Abbildungssystem erfasst wird.
2 zeigt die Einstellung der Zeit zwischen Abtastung aktiv und Bild aktiv, die zur Korrektur der Abbildungsbewegung auf Grund der Plattformvibration erforderlich ist.
3 ist ein Blockdiagramm auf Systemebene eines kardanisch aufgehängten Sensors, der an einem Flugzeug mit zugehöriger Systemelektronik angebracht ist entsprechend der Lehre der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Blockdiagramm des Abbildungsverarbeitungssystems des in 3 dargestellten Systems, entsprechend der vorliegenden Lehre.
5 ist ein Diagramm, das den Betrieb des elektronischen Stabilisierungsverarbeitungssystems der vorliegenden Erfindung darstellt.
6 ist ein Flussdiagramm, das das Verfahren zur Korrektur für Zeilenverzögerung und Zeilensynchronisation in Antwort auf eine „Abtastung aktiv" Unterbrechung entsprechend der vorliegenden Lehre darstellt.
7 ist ein Flussdiagramm, das das Verfahren zur Korrektur der Zeilensynchronisation in Antwort auf eine Bild aktiv Unterbrechung entsprechend der vorliegenden Lehre zeigt.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Erläuternde Ausführungsformen und beispielhafte Anwendungen werden nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, um die vorteilhaften Lehren der vorliegenden Erfindung zu offenbaren.
Während die vorliegende Erfindung hier mit Bezug auf erläuternde Ausführungsformen für bestimmte Anwendungen beschrieben wird, versteht sich, dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Der Fachmann, der Zugang zu den hier bereitgestellten Lehren hat, wird zusätzliche Modifikationen, Anwendungen und Ausführungsformen innerhalb des Rahmens der Erfindung erkennen und zusätzliche Gebiete erkennen, in denen die vorliegende Erfindung von bedeutender Nützlichkeit wäre.
1 zeigt eine Reihe von Diagrammen, die die Auswirkungen verschiedener Servofehler auf eine Szene darstellt, die von einem beispielhaften, vorwärts schauenden Infrarot-Abbildungssystem erfasst wird. Allgemein erfahren luftgestützte kardanische Systeme Winkelvibrationseingangssignale, die zu Rest-Servofehlern führen. Dieser Servofehler stellt die Abweichung der Kardanposition gegenüber der Ausrichtungsposition dar. Falls dieser unkorrigiert bleibt, führt dieser Fehler zu einer hochfrequenten Bewegung der Sichtlinie und einer Verschlechterung der Abbildung. Dies ist in 1 dargestellt, wo die rechte Ecke eine simulierte Szene zeigt, die aus 15 vertikalen Zeilen besteht. Fünf dargestellte Bilder dieser Szene sind gezeigt.
Bild 1 ist die Basiszeile. Hier ist kein Rest-Servofehler vorhanden. Die Sichtlinie ist stabil und das sich ergebende dargestellte Bild ist im Rechteck gezeigt.
Bei Bild 2 beginnt der Detektor die Abtastung der Szene, wenn die LOS (= Sichtlinie) links von Zeile 1 ist, damit Zeile 1 in Richtung nach rechts der Anzeige geschoben wird. Wenn der Fehler über das gesamte Bild konstant ist, wird die Abbildung einfach in der Anzeige nach rechts geschoben.
Auf Bild 3, wie bei Bild 2, beginnt der Detektor mit der Abtastung der Szene, wenn die LOS links von der Zeile 1 ist, so dass die Zeile 1 der Anzeige geschoben wird. Während der Zeit, zu der der Detektor die Zeile 8 abtastet, ist der Fehler bei Null (es sei angemerkt, dass Zeile 8 mit Bild 1 eine Linie bildet). Wenn sich der Fehler vergrößert, bewegt sich die Sichtlinie nach rechts und die Zeile 15 wird früher abgetastet. Es sei für diesen Fall angemerkt, dass die Abbildung bezüglich des Bildes 1 komprimiert wird, da der Rest-Fehler die LOS in Richtung der Abtastung bewegt.
Das Gegenteil gilt für Bild 4, und deshalb wird die Abbildung ausgedehnt.
Bild 5 zeigt die Wirkung eines sinusförmigen Fehlers, bei dem Bereiche der Abbildung ausgedehnt und andere Bereiche komprimiert werden.
Entsprechend der Lehre der vorliegenden Erfindung wird der Azimut-Rest-Servofehler durch die Feinauflösung der elektronischen Abbildungsstabilisierung kompensiert, indem dynamisch eingestellt wird, wenn die Detektoren die Szene abtasten. Wenn bei Bild 2 der Start der Abtastung von Bild 2 verzögert wird, bewegt sich dann die Zeile 1 nach links auf der Anzeige. Falls bei Bild 3 die Abtastung verzögert wird und die Zeit zwischen den Abtastungen eingestellt wird, kann die Abbildung von Bild 3 so gemacht werden, dass sie wie die Abbildung von Bild 1 erscheint. Somit sind zwei Schritte notwendig, um elektronisch zu stabilisieren und abzubilden:

1) Die Startposition jedes Bilds muss korrigiert werden und
2) die Detektorabtastfrequenz muss eingestellt werden, um die inneren Bildfehler zu korrigieren.

I. Korrigieren der Startposition des Bilds
Entsprechend der vorliegenden Lehre wird vor dem Start des Bildes der Servofehler gemessen und in einen Abbildungsversatz im Bogenmaß umgewandelt. Der Abbildungsversatz wird auf eine Anzahl von Zeilenabtastungen gerundet. Da dies auf Detektorebene geschieht vor der Abtastumwandlung, enthält eine Zeile des Videos (in der erläuternden Ausführungsform FLIR-Video) die Information, die einer Spalte des gezeigten Videos entspricht.
Die erste Zeilenabtastung wird um die Anzahl der Abtastungen verschoben, die zur Korrektur des Anfangsfehlers benötigt wird. Diese Verzögerungskorrektur wird mit Bezug auf die aktive Abtastperiode ausgeführt und kann von der Ist-Position eingestellt werden, basierend auf der Richtung des Servofehlers.
Da die Zeilenverzögerungskorrektur in Inkrementen einer Zeile (eine Spalte des dargestellten Videos) gemacht wird, ist die Auflösung der Startposition auf eine vollständige Abtastung begrenzt. Dieser sich ergebende, nicht korrigierte Bereich des Fehlers wird durch die innere Bildkorrektur getragen.
2 zeigt die Einstellung der Zeit zwischen einer aktiven Abtastung bzw. Abtastung aktiv und einem aktiven Bild bzw. Bild aktiv, die benötigt wird, um die Abbildungsbewegung auf Grund der Plattformvibration zu korrigieren. Ein Servofehler, der dazu führt, dass die Abbildung näher an den Beginn des Bildes verschoben wird, erfordert eine Verringerung der Zeilenverzögerung, wie gezeigt. Diese startet im Wesentlichen das Bild früher und verschiebt das dargestellte Bild zurück in seine Ist-Position.
II. Korrigieren der Videosynchronisation im inneren Bild
Entsprechend der vorliegenden Lehre werden Servofehler innerhalb des Bildes durch Einstellen der Zeilensynchronisation korrigiert. Die Zeilensynchronisation wird dargestellt durch eine Anzahl von Detektor-Takten pro FLIR-Videozeile. Das Einstellen der Zeilensynchronisation variiert die Totzeit zwischen den FLIR-Videozeilen. Durch Einstellen der Zeilensynchronisation wird die Abbildung zusammengedrückt und ausgedehnt, um den Servofehler zu korrigieren. Ein Erhöhen der Totzeit erhöht die Zeit zwischen den Szenenabtastungen, die in benachbarten Videozeilen dargestellt werden. Folglich hat ein Erhöhen der Zeilen zeit die Wirkung eines Zusammendrückens der Abbildung. Bei der erläuternden Ausführungsform beträgt die nominelle Zeilensynchronisation 64 Detektortakte, die Zeilensynchronisationskorrekturen werden in Inkrementen von einem Detektortakt gemacht und der Bereich der Zeilensynchronisationen beträgt 64 ± 4.
Der Rest-Servofehler wird nach der Zeilenverzögerungskorrektur auf Null gebracht, indem die Zeilensynchronisation für die ersten 16 Zeilen des Videos eingestellt wird. Danach wird der Servofehler mit einer geeigneten Rate (bspw. 3,3 kHz) abgetastet und die Zeilensynchronisation wird in einem regelmäßigen Intervall (bspw. alle 16 Zeilen) aktualisiert, um den bestehenden Servofehler zu korrigieren, wenn er sich während des Bildes ändert. Eine innere Bildservofehlerkorrektur wird in Bezug gestellt zu der anfänglichen Zeilenverzögerungskorrektur.
III. Methodik
Gemäß der vorliegenden Lehre wird die nominelle Zeilenverzögerung zwischen Scan aktiv und Bild aktiv durch die Anzahl der Zeilen des anfänglichen Servofehlers eingestellt. Die nominelle bzw. Ist-Zeilenverzögerung wird eingestellt, um der anfänglichen Servofehlerkompensationsberechnung zu genügen, wenn der Servofehler bei einer maximalen Amplitude ist. Die Zeilenverzögerung kann dann erhöht oder reduziert werden von dem Ist-Wert, um den anfänglichen Servofehler zu korrigieren. Deshalb ist die Zeilenverzögerung gleich zu der Ist-Zeilenverzögerung, wenn der Servofehler Null ist. Der anfängliche Servofehler, ServoFehler₀, wird vor dem Beginn des Bildes gemessen, kurz nach der ansteigenden Flanke von Abtast aktiv.
Die nachfolgenden Algorithmen werden für die Zeilenverzögerungskorrektur verwendet: Zeilenverzögerung = Ist-Zeilenverzögerung + FehlerInZeilen [1] FehlerInZeilen = ServoError0/AuflösungProZeile [2]
Die Zeilensynchronisation für die ersten 16 Zeilen wird eingestellt durch die Anzahl der Detektortakte (DClocks), die zum Löschen des Rest-Servofehlers nach der Zeilenverzögerungskorrektur benötigt wird. Der Unterschied zwischen der Zeilenverzögerungskorrektur und dem anfänglichen Servofehler wird in eine Anzahl von Detektortakten umgewandelt, die die Ist-Zeilensynchronisation einstellen. Die eingestellte Zeilensynchronisation wird über ein Intervall von 16 Zeilen verwendet. Die Auflösung pro Detektortakt hängt von dem aktuellen Blickfeld ab.
Die nachfolgenden Algorithmen werden für die Zeilensynchronisationskorrektur für die ersten 16 Zeilen verwendet: Zeilensynchronisation0 = Ist-ZeilenSynchronisation – DClocksKorrektur [3]
Die Auflösung pro Zeile wird durch die Anzahl der Zeilen festgelegt, die in dem Azimutblickfeld abgetastet werden. Für die erläuternde Ausführungsform wird angenommen, dass das System 618 Spalten des FLIR-Videos vor der Abtastumwandlung besitzt. Die Auflösung pro Zeile wird berechnet für jedes Blickfeld wie folgt: AuflösungProZeile = AzimutBlickfeld(Rad)/618 Zeilen [5] AuflösungProDClock = AuflösungProZeile/(64 DClocks/Zeile) [6]
Korrekturen innerhalb des Bildes werden basierend auf dem Eingangsservofehler ausgeführt, und eingestellt durch die Referenzzeilenverzögerungskorrektur. Die sich ergebende Detektortaktkorrektur für jedes 16-Zeilen-Intervall wird dann durch die Summe aller Zeilensynchronisationskorrekturen eingestellt, die so weit innerhalb des Bildes ausgeführt wurden.
Die nachfolgenden Algorithmen werden verwendet, um die Servofehler im Inneren des Bildes für jede 16 Zeilen zu korrigieren: ZeilenSynchronisationn = Ist-ZeilenSynchronisation + DClocksKorrekturn [7] DClocksKorrekturn = DClocksFehlern – SummeDerDClocksn [8] DClocksFehlern = Servofehlern/16·AuflösungProDClock [9] SummeDerDClocksn = Σ DClocksKorrekturn [10](aufsummiert von 0 bis n – 1, wobei n das aktuelle Intervall ist) ServoFehlern = ServoFehlerEingang – ReferenzPosition [11] ReferenzPosition = FehlerInZeilen·AuflösungProZeile [12]
IV. Umsetzung
3 ist ein Blockdiagramm auf Systemebene eines kardanisch aufgehängten Sensors, der an einem Flugzeug angebracht ist und mit Systemelektronik verknüpft ist, entsprechend der Lehre der vorliegenden Erfindung. Das System 100 umfasst einen kardanisch aufgehängten Sensor 200, der auf einer kardanischen Basis 300 angebracht ist, die an einem Flugzeug bzw. an einer Flugzeugzelle 400 befestigt ist. Der Sensor 200 umfasst eine Optik 210 und in der erläuternden Ausführungsform eine Infraroterfassungsanordnung 220. Die Infraroterfassungsanordnung 220 umfasst eine Abbildungs-Abtastschaltung 230 und eine Synchronisations- und Steuerungsschaltung 240. Die Eingangs-Abbildungen einer Szene werden von der Optik 210 empfangen und der Infraroterfassungsanordnung 220 als Abbildung mit Jitter bzw. Zittern zugeführt. Die Abbildung wird abgetastet und der Systemelektronik 500 als stabilisiertes FLIR-Video ausgegeben in Antwort auf die Synchronisationssteuerungssignale, die von dieser empfangen werden.
Die Systemelektronikeinheit 500 umfasst eine Abbildungsverarbeitungselektronik 510, eine Auto-Nachführvorrichtung 530 und eine Servoschnittstelle 560. Die Auto-Nachführvorrichtung ist eine wählbare Komponente des Systems, die eine verbesserte Leistung darstellen kann, indem sie mit einer stabilisierten Abbildung versorgt wird. Vibration im Flugzeug 400 wird von der kardanischen Basis 300 erfasst und durch die Azimut-Auflösungsvorrichtung 310 der Systemelektronik 500 übertragen. Eine Verstärkungs- und Pegel-Verschiebungsschaltung 570 in der Servoschnittstelle 560 stellt die Verstärkung und den Pegel der Signale ein, die empfangen wurden und die erfasste Vibration darstellen, und liefert die eingestellten Signale an einen Mikroprozessor 540 in der Abbildungsverarbeitungselektronik 510. Der Mikroprozessor 540 berechnet in Echtzeit die notwenigen Zeilen- und Bildverzögerungen, die erforderlich sind, um die Abbildung so abzutasten, dass die Vibration kompensiert wird entsprechend der hier vorgestellten Lehre. Der Mikroprozessor 540 kommuniziert die Korrekturen an die Synchronisationssteuerungs- und Elektronikschaltung 240 der Infraroterfassunganordnung 220 über die Synchronisationssteuerungsschnittstellenschaltung 550. Der Mikroprozessor 540 wechselt im Wesentlichen die Synchronisation der Abtastung in Echtzeit, während die Abbildung abgetastet wird.
Ein stabilisiertes FLIR-Video wird von der Abbildungsabtastschaltung 230 der Infraroterfassungsanordnung 220 an eine Abbildungsformatierungsschaltung 520 in der Abbildungsverarbeitungsschaltung 510 geliefert. Die Abbildungsformatierungsschaltung 520 gibt ein formatiertes Basisband(bspw. RS-170)-Video an eine Anzeige 590 aus. Die Servosteuerungen des Bedieners werden über eine Schnittstelle 582 empfangen, von einem Dekodierer/Umwandler 580 in der Servoschnittstelle 560 der Systemelektronik 500 dekodiert und an Drehmomentmotoren 320 in der Kardanbasis 300 kommuniziert.
4 ist ein Blockdiagramm des Abbildungsverarbeitungssystems des Systems, das in 3 entsprechend der vorliegenden Lehre gezeigt ist. „Abtastung aktiv"- und „Bild aktiv"-Synchronisationssignale werden von der Synchronisations- und Steuerungsschaltung 240 empfangen. Die verwendeten Signale erzeugen Interrupts innerhalb der zentralen Verarbeitungseinheit 542 des Mikroprozessors 540 und verursachen eine Berechnung der Zeilen- und Bildsynchronisationskorrekturen, die zur Kompensation der Vibration in einer Weise benötigt werden, die nachfolgend vollständig beschrieben wird.
5 ist ein Diagramm, das im Betrieb der zentralen Verarbeitungseinheit 542 des Mikroprozessors 540 der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 5 dargestellt, wird bei Empfang eines Abtastung aktiv-Interrupts der Servofehler von einem analogen Signal in ein digitales Signal über einen Analog/Digitalwandler 610 umgewandelt. Die Analog/Digitalwandlung, die bei 610 gezeigt ist, wird durch den Analog/Digitalwandler 548 von 4 realisiert. Wiederum kann dieser Umwandlungsschritt von einem ADC 548 von 4 dargestellt werden.
Am Multiplizierer 612 wird der digitalisierte Servofehler durch die Auflösung pro Zeile dividiert und bei 614 wird der sich ergebende Wert gerundet. Das Ausgangssignal des Multiplizierers 612 liefert eine Anzeige der Anzahl der Zeilen, zu der der Servofehler äquivalent ist. Der gerundete Wert, der die Anzahl der Zeilen des Fehlers anzeigt, wird mit einer Ist-Zeilenverzögerung beim Summierer 624 summiert und als „Zeilenverzögerung" ausgegeben. Die Anzahl von Zeilen des Fehlers kann positiv oder negativ sein, abhängig von der Richtung der Servovibration. Die Ist-Zeilenverzögerung wird eingestellt, um dem maximalen anfänglichen Fehler in beide Richtungen gerecht zu werden. Der sich ergebende Wert für die Zeilenverzögerung wird an die Detektorschnittstelle 556 der Synchronisationssteuerungsschaltung 550 ausgegeben und nachfolgend an die Abbildungsabtastschaltung 230 über die Synchronisationssteuerungselektronikschaltung 540 übertragen, und der Detektor stellt entsprechend die Startposition des Bildes ein (siehe 4).
Bezug nehmend auf 5 besteht der nächste Schritt darin, die exakte Anzahl der Servofehler zu bestimmen, basierend auf der Größe des Rest-Servofehlers in Bezug auf die Rundungsoperation. Demgemäß wird am Multiplizierer 616 der gerundete Wert durch die Auflösung pro Zeile multipliziert, um den Betrag der Anfangskorrektur zu versichern. Am Subtrahierer 618 wird dieser Wert von dem vorwärts zugeführten, digitalisierten Wert subtrahiert, um das Rest-Fehlersignal zu liefern.
Am Multiplizierer 620 wird der Restfehler durch das 16fache der Auflösung eines Taktes dividiert. Dies wird auf Grund der Tatsache ausgeführt, dass in der erläuternden Ausführungsform jede Zeilensynchronisationskorrektur für ein gesamtes 16-Zeilen-Intervall implementiert wird. Somit ist das Korrekturausgangssignal am Subtrahierer 618 die Korrektur über 16 Zeilen, und die Korrektur wird durch 16 mal die Taktfrequenz geteilt, um die Korrektur über eine Zeile in den Detektortaktzyklen zu bestätigen. Am Subtrahierer 622 wird die Korrektur über eine Zeile in Detektortaktsignalen zu der Ist-Zeilensynchronisation addiert, um die vor Bild "Zeilensynchronisation" für die ersten 16 Zeilen zu erhalten. Wenn ein Bild beginnt, benutzt der Detektor diesen Wert, um die Zeilensynchronisation einzustellen.
Die Zeilensynchronisationskorrekturen innerhalb eines Bildes beginnen mit einer „Bild aktiv"-Unterbrechung bzw. Interrupt und einer Digitalisierung des momentanen Servofehlers mit einem Analog/Digital-Umwandlungsschritt 626. Dieser Vorgang wiederholt sich alle 16 Zeilen. Das heißt, bei 618 vorgegebenen Zeilen in einem Bild in der erläuternden Ausführungsform wird der Vorgang im „Abtastung aktiv"-Bein jeweils mit jedem Bild einmal wiederholt, und der Vorgang in dem „Bild aktiv"-Bein wird 39 Mal für jedes Bild wiederholt. Der Fachmann wird erkennen, dass in diesem Kontext ein „Bild" eine „Abtastung" des Detektors bedeutet.
Am Subtrahierer 628 wird die Bildversatzreferenz, die vom Multiplizierer 616 berechnet wurde, von dem momentanen Servofehler subtrahiert. Dies stellt die ursprüngliche Zeilenverzögerungskorrektur ein und lässt den übrigen Rest-Servofehler zurück. Am Multiplizierer 630 wird dieser Wert dividiert durch 16 mal die Auflösung pro Detektortakt, um die Korrektur pro Zeile in Detektortakten zu erhalten.
Als nächstes wird am Subtrahierer 632 die anfängliche Synchronisationskorrektur, die vom Multiplizierer 620 bereitgestellt wird, heraussubtrahiert, da diese Korrektur am Start bzw. Beginn des Bildes gemacht wurde. Zusätzlich wird eine Addition aller Synchronisationskorrekturen, die innerhalb eines Bildes gemacht wurden, subtrahiert. Dies liefert eine Anzeige für die Anzahl der Detektortakte, die benötigt werden, um die Bildzeitkorrektur durchzuführen. Durch Subtrahieren der Anzahl der Detektortakte, die bereits für die Verzögerung berechnet wurden, und durch Addieren der Ist-Zeilensynchronisation (Addierer 638) wird die Zeilensynchronisationskorrektur für die nächsten 16 Zeilen berechnet. Wiederum wird dieser Wert an die Abbildungsabtastschaltung 230 über die Detektorschnittstelle 556, die Synchronisationssteuerungsschnittstelle 550 und die Synchronisationssteuerungselektronik 240 ausgegeben. Dieser Betrieb ist in 6 und 7 nachfolgend dargestellt (es sei angemerkt, dass die Ist-Zeilenverzögerung, die Ist-Zeilensynchronisation und die Auflösungsmaßstabfaktoren von dem Mikroprozessorspeicher 546 geliefert werden).
6 ist ein Flussdiagramm, das das Verfahren zur Korrektur der Zeilenverzögerung und der Zeilensynchronisation abhängig von einer Abtastung aktiv-Unterbrechung entsprechend der vorliegenden Lehre zeigt.
7 ist ein Flussdiagramm, das das Verfahren zur Korrektur der Zeilensynchronisation in Antwort auf eine Bild aktiv-Unterbrechung gemäß der vorliegenden Lehre darstellt. Es sei angemerkt, dass in 7 bei Schritt 822 die Zeilensynchronisation für einen 16-Zeilen-Intervallbereich gepollt wird. Dieses Signal wird von der Zeilensynchronisationsschaltung 552 der Synchronisationssteuerungsschaltung 550 in 4 geliefert.
In 4 liefert die Detektorschnittstelle eine Formatierfunktion und andere herkömmliche Funktionen. Der Systemsynchronisationsgenerator liefert die Zeilensignale. Die Synchronisationssteuerungsschaltung wird häufig als einzelnes Field Programmable Gate Array (FPGA) implementiert.
Die vorliegende Erfindung wurde somit hier mit Bezug auf eine bestimmte Ausführungsform für eine bestimmte Anwendung beschrieben. Der Fachmann, der Zugang zu der vorliegenden Lehre hat, wird zusätzliche Modifikationen, Anwendungen und Ausführungsformen erkennen, die innerhalb der Erfindung liegen. Die vorliegende Lehre, die zuvor ausgeführt wurde, ist bspw. nicht auf Infrarot-Abbildungsanwendungen beschränkt.
Es ist deshalb beabsichtigt, dass die anhängenden Ansprüche jegliche Anwendungen, Modifikationen und Ausführungsformen abdecken, die innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung liegen. Demgemäß wird beansprucht.

Claims

Stabilisierungssystem (100) mit: einem ersten Mittel (200) zum Abtasten eines Bilds abhängig von Synchronisationssteuerungssignalen und zum Ausgeben einer Vielzahl von Bildsignalen in Antwort darauf; einem zweiten Mittel (310) zum Erfassen von Vibrationen der Plattform und zum Bereitstellen eines Signals in Antwort darauf; und einem dritten Mittel (540), das auf das zweite Mittel anspricht, um die Synchronisationssteuerungssignale einzustellen, um das erste Mittel zum Abtasten des Bilds zu bringen und dadurch eine Wirkung der Vibrationen auf die Abbildungssignale zu kompensieren; dadurch gekennzeichnet, dass das erste Mittel (200) eine Infraroterfassungsanordnung (220) aufweist, die auf einer Plattform (300) befestigt ist; wenn die Wirkung der Vibrationen ein komprimiertes Bild ist, erzeugt das dritte Mittel eine Liniensynchronisierung für ein Feld von Bilddaten, um die Kompression zu kompensieren; und wenn die Wirkung der Vibrationen eine Kompression und eine Expansion innerhalb eines Felds von Bildern ist, erzeugt das dritte Mittel eine Liniensynchronisierung, um die Kompression und die Expansion zu kompensieren.
System nach Anspruch 1, wobei wenn die Wirkung der Vibrationen ein Bildversatz ist, eine Linienverzögerung für ein Feld von Bilddaten erzeugt wird, um den Versatz zu kompensieren.
System nach Anspruch 2, wobei die Linienverzögerung und die Liniensynchronisation von dem dritten Mittel verwendet werden, um die Synchronisation der Abtastungen einzustellen.
Bildstabilisierungsverfahren mit den Schritten: Abtasten eines Bilds abhängig von Synchronisationssteuerungssignalen und Ausgeben einer Vielzahl von Bildsignalen in Antwort darauf; Erfassen von Vibrationen der Plattform und Bereitstellen eines Signals in Antwort darauf; Einstellen der Synchronisation der Abtastungen, um eine Wirkung der Vibrationen auf die Bildsignale zu kompensieren; dadurch gekennzeichnet, dass das Bild abgetastet wird, indem eine Infraroterfassungsanordnung (220) eingesetzt wird, die auf einer Plattform (300) befestigt ist; und den Schritt der Einstellung der Synchronisation der Abtastungen den Schritt umfasst: Berechnen der Liniensynchronisierung für ein Feld von Bilddaten, um die Wirkung der Vibrationen zu kompensieren, wenn die Wirkung eine Bildkompression, eine Bildexpansion oder eine Bildkompression und Expansion ist.
Verfahren nach Anspruch 4, ferner mit dem Schritt: Berechnen der Linienverzögerung für ein Feld von Bilddaten.
Verfahren nach Anspruch 5, ferner mit dem Schritt: Verwenden der Linienverzögerung und der Liniensynchronisation, um die Synchronisation der Abtastungen einzustellen.