DE2106035C3 - Vorrichtung zur Überprüfung der Formübereinstimmung eines elektromagnetisch erzeugten Objektbildes mit einem vorgegebenen Schema - Google Patents

Description

Zur Einregelung des Gleitweges eines landenden Flugzeugs, zur Führung eines Flugkörpers, zur Führung eines Datenverarbeitungssystems und für ähnliche Anwendungen verwendet man Zielverfolger mit einer Vorrichtung zur Überprüfung der Formübereinstimmung eines von einem auf ein entferntes Objekt gerichteten, bilderzeugenden, elektromagnetischen Sensor erhaltenen Objektbildes mit einem vorgegebenen Schema gleicher oder ähnlicher Form und zum korrekten Einrichten des Sensors auf das Objekt, wo'.iei die vom Sensor erfaßte Objektinformation einem die Information auf einem Bildschirm darstellenden Empfänger zugeführt wird, der einen Analog-Digital-Wandler speist, welcher das Bildsignal digitalisiert und in Verbindung mit einem elektronischen Fenstergenerator aus dem gesamten Blickfeld einen begrenzten Bereich herausnimmt und an einen Speicher weitergibt, der an einen Korrelatorspeicher angeschlossen ist und alle aus dem Bildfensterbereich kommenden Bildsignalelemente speichert.

Bisher bekannte Zielverfolger, wie sie beispielsweise in den USA.-Patentschriften 3 039 002, 3 211898, 3 ?57 505 und 3 341 653 beschrieben sind, haben zahlreiche Nachteile, die durch die vorliegende Erfindung mit relativ geringem Aufwand ausgeschaltet werdeu sollen. Bei diesen Nachteilen handelt es sich um folgendes: Die Geräte sind nur brauchbar für spezielle Ziele, die gegenüber einem Hintergrund kontrastieren, der keine Konturenlinien enthält, die in der gleichen Richtung wie die des Zieles verlaufen, weil sonst nicht mehr zwischen Ziel und Hintergrund unterschieden wird (USA.-Patentschrift 3 039 002). In anderen Geräten werden nur Vorderkanten des Zieles erfaßt (USA.-Patentschrift 3 257 505).

Ein weiterer bekannter mit Schwellenwert arbeitender Vidco-Zielverfolger erzeugt einen Bezugsimpuls von kurzer rauer, damit während dieses Impulses der Pegel des Bildt ignals als Bezugspegel für das Bildsignal dienen kann. Um das Ziel vom Hintergrund zu unterscheiden, verwendet er zwei verschiedene Verfahren, nämlich

1, eine manuell einzuregelnde Begrenzung des elektronischen Fensters derart, daß das Ziel im Ver-

gleich mit dem außerhalb des Ziels liegenden Fensterteil groß wird,

2. eine Ainplituden-Diskrimination des Bildsignals derart, daß die Bildsignalamplituden innerhalb eines Intervalls im Bereich eines automatisch

erfaßten Bezugspegels in einer kleinen Fläche in der Fenstermitte auf dem Bezugspegel transformiert werden. Alle Bildpunkte, die einen höheren oder niedrigeren Pegel haben, d. h. außerhalb des Intervalls liegen, erhalten den Wert null. Bei die-

sem Verfahren wird vorausgesetzt, daß die Punkte des Fensters, die das Bild des Zieles wiedergeben, nahezu die gleiche Amplitude haben. Sonstige Teile des Zieles werden zu null gemacht (USA.-Patentschrift 3 341 653).

Gegenüber den vorstehend abgehandelten Druckschriften zeichnet sich -'er Anmeldungsgegenstand auf Grund der zweidimenoionalen Korrelation durch folgende Vorteile aus:

a) Die Bildverfolgungsleistung ist in parallel und senkrecht zu den Rasterlinien laufenden Richtungen völlig gleichwertig.

b) Die Fehlersignale sind vollständig unabhängig von der Form und dem Signalpegel des Ziels wegen des Raster-Korrelationsprinzips.

c) Das verwendete Korrelationsprinzip ermöglicht es, die Form des Zieles zu verwenden, um ein bestimmtes Ziel von anderen Zielen innerhalb des Fensters zu unterscheiden.

d) Die angewandte Digitaltechnik macht es möglich, schnell und wahlweise die Art des Rasterschemas zu ändern, ohne dabei in den konstruktiven Aufbau eingreifen zu müssen. Hieraus resultiert eine optimale Anpassung an Ziele unterschiedlicher Formen und Kontraste. Die Änderung des Rasterschemas ist lediglich begrenzt durch die Einlesekapazität des Bildspeichers.

e) Die verwendete Signalverarbeitung der Erfindung ermöglicht eine extrem hohe Unterscheidbarkeit

gegenüber dem Hintergrund selbst, wenn das Bild des Zieles Kontrastschwankungen enthält. Dabei ist allerdings vorausgesetzt, daß das Ziel oder deren Teile eine solche Struktur haben, daß die Übereinstimmung mit dem Rasterschema größer

ist als die Übereinstimmung zwischen dem Rasterschema und irgendwelchen Hintergrundteilen innerhalb des Fensters.

f) Die anpaßbare Rückkopplungspegelsteuerung zur Quantifizierung der Bildsignale führt zu einer hohen Sensibilität einer automatischen Anpassung zur Änderung des Signalpegels und zur Anpassung zwischen Rasterschema und Bild.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einet erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Überprüfung der Formübireinstimmung eines elektromagnetisch erzeugten Objcktbildes mit eine:n vorgegebenen Schema,

Fig. 2 ein ausführlicheres Blockschaltbild zu Fig. 1,

Fig. 3 ein in Komponenten aufgelöstes Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 4 eine Erläuterung für die Umsetzung eines Bildausschnittes in Mengen oder Digitalwerte bei Verwendung von nur zwei Stufen der Farbskala, wobei auch schematisch der Vergleich mit einem festen Schema oder einem Elektronikbild dargestellt ist,

Fig. 5 eine Darstellung eines Bildsignals mit einigen Basis-Eigenschaften,

Fig. 6 ein Koordinatensystem für die Lokalisierung eines begrenzten Sichtfeldes bzw. eines elektronischen Fensters und

Fig. 7 ein Diagramm zur Erläuterung der Synthese eines digitalisierten Bildes aus Signalen, die drei unterschiedlichen Signalpegeln entsprechen, wobei drei verschiedene Amplitudengrenzwerte der Bildsignale jeweils bestimmen, welche Signale in welcher Weise weiter bearbeitet werden.

Ein Sensor 1, beispielsweise eine Fernsehkamera, ein Infrarot- oder Radar-Gerät überträgt ein Signal zu einem Empfänger 2, beispielsweise einem Fernsehmonitor, auf dem im Prinzip das Sensorsignal als sichtbares Bild erscheint. Das aufgenommene Bildsignal wird über einen Analog-Digital-Wandler 3 geleitet, in dem das Blickfeld in »Mengen« zerlegt wird, wie es die Fig. 3 zeigt. Das Blickfeld wird somit unter Verwendung von nur zwei Stufen der Farbskala (Schwarz und Weiß) in Umgebung und Objekt unterteilt. Da sich die Erscheinungsform des Objektes ändert, kann es zweckmäßig sein, einen sogenannten Adapter-Filter mit einer allgemeinen Gestalt zu verwenden. Falls das gesamte Objekt nicht dem Filter entspricht, läßt sich dafür ein Teilkontrast verwenden. Vor der Verarbeitung in einem Digital-System muß das empfangene Analogiesignal wieder kodiert und quantifiziert werden, um einen wesentlichen Teil der Information vom Objekt zu extrahieren. Der schwierigste Fall ergibt sich immer dann, wenn es sich um ein schwaches Signal von einem Objekt handelt, das kaum zu erfassen ist. Wenn sich das Objekt entweder schwarz oder hell von der Umgebung abhebt, muß beim Digitalisieren ein geeigneter Helligkeitspegel ausgewählt werden, im zu entscheiden, welche Signale der Umgebung und welche dem Objekt zuzuordnen sind.

Es soll nun angenommen werden, daß ein helles Objekt durch ein Bildsignal dargestellt ist, welches wie Fig. 7 zeigt, den oberen Quantifizierpegel übersteigt, während ein dunkles Objekt von einem Bildsignal dargestellt ist, das unterhalb des unteren Quantifizierpegels liegt.

Wenn man unter der Zahl »Eins« einen angenommenen Punkt des Objekts versteht, kann es sich hier sowohl um ein helles, ein dunkles oder ein helles und dunkles Objekt handeln. Die Abstände d zwischen dem oberen und dem mittleren bzw. dem mittleren und dem unteren Quantifizierpegel sind einander gleich. Diese Größen werden bei dem nachfolgenden Korrelations-Vorgang bestimmt. Wenn das Objektsignal klein wird, nimmt dab, so daß das Quantifizierverfahren sensibler wird. Außerdem wird das quantifizierte Bildsignal in eine Reihe von einzelnen Bildelementen, d. h. in eine Impulsfolge zerlegt.

Die (auf den Raum bezogene) Zerlegungsfrequenz sollte vertikal vorzugsweise die gleiche Größenordnung haben wie horizontal, das heißt die Frequenz sollte bei einem 625-ZeiIen-Fernsehsystem etwa 10 MHz betragen.

Es ist nicht zweckmäßig, das gesamte Blickfeld abzutasten und es muß daher ein beschränktes Blickfeld herausgenommen werden, wozu man einen elektronischen Fenstergenerator 4 verwendet. Das Fenster sollte so groß sein, daß das Objekt keine Zeit erhält, in dem Intervall zwischen zwei Bildern zu verschwinden. Andererseits sollte das Fenster aber auch nicht so groß sein, daß sich der Zielvcrfolger nicht an andere Einzelheiten des Blickfeldes anheften kann. Im Hinblick auf die Bewegungen des Blickfeldes und auf die Bildschärfe sollte ein Gerät mit einem Bezugsschema von 3 · 3 Bildelementen ein Fenster von 5 · 5 Elementen haben oder aber im Falle von störenden Unsicherheiten noch etwas größer sein.

Der Fenstergenerator 4 ist mit einem Hauptspeichers verbunden, in dem mindestens gleichzeitig so viele Bildelemente gespeichert werden können, wie es der Höhe und der Breite des Fensters entspricht. Das digitalisierte Bild wird nun mit einem Bezugsschema korreliert, das hier aus 3 · 3 Elementen besteht, die alle den Wert »Eins« haben. Die Korrelation erfolgt in einem Korrelatorspeicher 6, der mit dem Haupt-

ao speicher 5 verbunden ist. Das Objektsignal unbekannter Form wird in »Einser« digitalisiert (vgl. Fig. 4) und es wird dann das Objektbild nach und nach mit dem 3 · 3-Schema in allen möglichen Stellungen innerhalb des Fensters verglichen. In jeder einzelnen Stellung wird berechnet, wie viele Elemente mit den Elementen dos Schemas übereinstimmen. Die Korrelationszahl kann daher zwischen 0 und 3-3 = 9 schwanken, wobei dann die Stellung mit der höchsten Korrelationszahl als Objektposition angenommen wird. Auf diese Weise empfängt der Objektverfolger horizontal und auch vertikal die gleichen Eigenschaften. Die größte Korrelationszahl wird in einem Maximalwert-Speicher Ία gespeichert, damit diese Zahl später zum Quantifizier- oder Schwellwerterfassungsverfahren über die Leitung 11 zum Analogie-Digital-Wandler 3 zurückgeleitet werden kann. Eine Rückkopplungsleitung kann ebenfalls zum Fenstergenerator 4 führen. Falls beispielsweise die höchste Korrelationszahl 7 übersteigt, wird der in Fig. 7 erkennbare Abstand d geringfügig kleiner gemacht. Diese Verkleinerung wird stufenweise fortschreitend vorgenommen, bis die höchste Korrelationszahl eben unter 7 liegt. Auf diese Weise wird der Quantifizierpegel dem Objektsignal angepaßt. Die Zeitkonstante bei diesem Verfahren wird so groß gewählt, daß die Objektverfolgung nicht durch ungewollte kurzzeitige Störsignale gestört werden kann.

Zusätzlich zu den Logikkreisen 3 bis 6, welche bisher beschrieben wurden, benötigt man weitere Schaltngsteile, um die Lage des Fensters innerhalb des gesamten Blickfeldes und die Objektlage innerhalb des Fensters zu speichern. Dies geschieht mit Hilfe eines Lagekoordinatenspeichers Tb, der an den Korrelatorspeicher 6 angeschlossen ist und in Übereinstimmung mit dem Objektverfolger, beispielsweise so arbeitet, daß die Drift geringer ist als die Bewegungen des Objekts. Die Zellen des Lagekoordinaten-Speichers kann man sich als die zwei Achsen eines Koordinatensystems vorstellen. Im Fernsehsignal befinden sich Lagemarkierungen, da jedes Bild einen Bildsynchronisierimpuls und jede Zeile einen Zeilensynchronisierimpuls (siehe Fig. 5) enthält, wenn für die Rasterung des Bildes die lineare vertikale und horizontale Abtastung beginnt. Diese Synchronisierimpulse werden aus dem Bildsignal in einem Synchronisiersignal-Separator abgezweigt. Am Ausgang des Separators entsteht eine Impulsfolge, die mit dem inneren Taktimpulsgenerator des Objektverfolgers in Phase ist.

Das Koordinatensystem enthält, wie Fig. 6 zeigt, liehe Ansicht mit einem festen 5 · 5-Elementenschema «ne Unabhängige χ und eine Abhängige v. Beiden von willkürlicher Form verglichen. Diese willkürliche Koordinaten ist ein Hc/.ugs- und ein Lage-Zähler Form wird dadurch ausgewählt, daß man die »Einser« fugeordnet. FJs soll zunächst der »-Koordinatenteil und »Nullen« mit Hilfe einer Druckknopfschaltung betrachtet werden· der v-Koorclinatcnteil ist im we- 5 einstellt oder in ein Register einliest, icntlichen gleich ausgebildet. Der r-Bczugswcrtzähler Das in Verbindung mit dem 3 ■ 3-Korrelator beerzcußt eine Impulsfolge mit einer festen Anzahl von schriebene Rückkoppelungsprinzip arbeitet nur, wenn Im-'ilsen Mit diesen Impulsen wird der y-Lagczähler das Bezugsschema ausschließlich aus »Einsern« oder ichritt weise weitergeschaltet. Eine solche Impulsfolge »Nullen« besteht. Wenn das Bezugsschema aus beiden wird für jedes dargestellte Bild m t je einem Impuls io Arten besteht, muß irgendein anderes Verfahren geie Zeile erzeugt. Die Anzahl der impulse ist etwas wählt werden. Eine Lösung, die Rückkoppelung auf eerineer als die Anzahl der Zeilen in einem HaIb-BiId. dem Quantifizierpegel zu halten, der für die Sensibilität Normalerweise haben diese zwei Zähler die gleiche und die Anpassung an ein gegebenes Schema so wesent-Zvkluslänee so daß sie sich nicht gegeneinander ver- lieh ist, liegt darin, mindestens zwei benachbarte Pegel schieben Der v-Bezugswertzähler wird bei jedem Bild 15 mit in die Schaltung einzubeziehen. In zwei voneinauf NULL zurückgestellt und ist somit gegenüber der ander unabhängige Speicher werden zwei oder mehr vertikalen Abtastung fixiert. Durch eine momentane Versionen der Bildsignal-Information eingespeist, die Änderung der Zykluslänge beim ^-Lagezähler ist es dadurch voneinander abweichen daß man untermöglich, diesen gegenüber dem Bezugswertzähler zu schiedliche Quantifiz.erpegel auswählte. Diese Bilder verschieben Da die Lage des Fensters vom Zustand ao werden dann einzeln abgetastet und im Korrelator mit des Lagezählers bestimmt wird, weil der Null-Durch- dem festen Schema verglichen. Der Quantifizierpegel, Bar»!aimezeiRt wird, ergibt sich hierdurch eine der zur größten Korrelationszahl fuhrt, gibt an, in SniteiStebuni welcher Richtung die Gruppe Von Pegeln nachzuregeln Die Obiektlaee innerhalb des Fensters wird auf ein ist, um zu einer maximalen Übereinstimmung zu kominneres Koordinatensystem bezogen, wobei der »-Teil *5 men. Hierdurch schließt sich die Rückkoppelungsim wesentlichen mit dem v-Teil übereinstimmt. Ver- schleife für die Pegelsteuerung, wendet sind hier x- und y-Fensterkoordinatenzähler, Fig. 2 zeigt ein mehr gerätebezogenes aufgelöstes wekfhe angeben wo sich innerhalb des Fensters das Blockschaltbild. Der Sensor bzw. eine Fernsehkamera 1 Bezugsschema befindet. Parallel zu diesen Fenster- erzeugt ein Signal, das der Synchronisiersignal»^- zanlern sind dem Fenster zugeordnete x- und y- 30 rator 14 empfangt Die Synchron.sienrnpulse steuern Speicherzellen, die die Aufgabe haben, diese Werte zwei Zahler 15 16 mit logischen Leitkreisen 17, 18. festzuhalten und zu speichern, damit von ihnen Korre- Jeder Zeilensynchronisienmpuls startet den Zahler 16 la oiswerte gewonnen werden können. Die Lage des der die »-Koordinate der Fensterlage festlegt und auch Schemas wird im Lagekoordinaten-Speicher Ib regi- die Impulse aus einem Taktgenerator 19 der mit den 5,cnemas wir ,|_orrej_ationszahl gefunden wird, 35 Zeilensynchromsienmpulsen synchron lauft, zahlt, d e gröS is a^TgenSelne im gleichen Zyklus zuvor Wenn der Zähler 16 die Bildelemente einer vollen Zeile erfaßte Zahl Dies geschieht mit einer Aufzeichnung;;- registriert hat. liefert er einen Impu s zum logischen eriduic ζ.αιιι. γ 5 Leitkreis 17, der dann auf Null gestellt wird, so daß er ^VOWenndⁿa^gs feste Korrelationsschema mit dem Objekt- beim nächsten Zeilensynchronisierimpuls wieder anbild fn allen möglichen Lagen des Fensters verglichen 40 laufen kann Ein x-Koordinaten-Lagezähler ^O wird worden it wh-ddie Information fiber die Objektlage mit den gleichen Takümpulsen wie der Zahler 16 mnerhalb de? Fensters in dem entsprechenden Speicher gespeist. Der x-Zah er 20 braucht nicht zur gleichen lesSert Diese Information dient dazu, die Zyklus- Zeit wie der Zahler 16 fur die »-Koordinaten auf Null fange des v-Lagenzählers so zu ändern, daß die Mitte gestellt zu werden. Der Zahler 20 folgt nicht soweit; des Fensters auf die vorhergesagte Lage des Gegen- 45 seine Lage wird nach der Abtastung einer vollen Zeile Standes gerichtet wird. Schließlich kann die Aufzeich- beispielsweise um acht Schritte verstellt, was normalernunRsvoSung 8 an eine Verstellvorrichtung 9 ange- weise dadurch kompensiert wird, daß der Zähler schlossen werden, die eine Wiederausrichtung des beim Null-Durchgang automatisch um acht Schnitte Sensors 1 in eine neue Richtung bewirkt, in der sich verstellt wird. Bei einer Verse hiebung um eine von acht dfe erfaßte Kontrastfläche in der Mitte des Blickfeldes 50 abweichende Anzahl von Schritten kann man den Kinn? r> ■ Korrelatorsoeicher 6 läßt sich noch Null-Durchgang zeitlich verschieben. Dies geschieht S? inem°nWrnSort£ 10 verbinden, welcher beispielsweise durch ein Gatter 27, welches kurzzeitig mit f^inem _uj?^eterm"^a™^e'f,_inw_ion erzeuet um Y"n geöffnet wird, wenn der jc-Koordinaten-Lagezähler ™ΛΖe^d^B^SÄ die^iefch« Sun* Noil geht Den NuH-Durchgang erfaßt ein κ ittinnUahl führen dieieniee Lage auszuwählen, 55 Kreis 26 mit zwei geschlossenen und parallel verlau-5eÄÄ FensTe'rs'Snlchsten liegt und dann fenden Übertragerkanälen, die im gleichen Takt mit-

,: Nichtiges« OM********«^*™ ^t^^^^^^^tZll iSnin !AS ^tASASn. -t Kanals verschoben wird. Beim Null-Durchgang läuft Lagen in aer iNanc "« Faktor multipliziert als 60 ein Zähler 28 an, den man auch als »Lage innerhalb T^eZ^gT0?^KniZSZlMm^St.^lie&- des Fensters«-Zähler bezeichnen kann, dessen Ein-S ^i^nÄfÄSÄt?vorg«h« Stellungen den horizontalen Randlinien des Fensters licn Kann aucn ^noc" «="' γ . _abwei_ch_ende Be- entsprechen. Die vollständige Lageangabe des Gesamtwerden mit dem vom 3 · ³;^^α3°^^^_{Πβ m}. fenster* bestimmt sich dann aus dem Null-Durchgang zugsschemen erzeugt und dem Korrelatoremgang zu ^ ,.Koorfinaten-LageUden 20, welcher durchdie ⁸ Um^r^rTKorrelationssicherheit zu erhalten, über das Gatter 27 eintreffenden Signale eingeteilt läßtTichdef 3 3-Korrelator durch einen 5 · 5-Korre- wird Die entsprechenden ,-Kreise fur die vertikalen lator ersetzen. In diesem Korrelator wird die tatsäch- Ränder des Fensters sind in gleicher Weise aufgebaul

ΰ- i

und arbeiten in gleicher Weise mit Ausnahme der Tatsache, daß das Signal aus dem Taktgenerator 19 nun von den Zeilensynchronisierimpulsen selbst gebildet wird. Um nicht genötigt zu sein, den _y-Koordinaten-Lagezähler 21 zu verstellen, wenn die Zeilenabtastung das Fenster überläuft, wird die Taktfrequenz (4 MHz) geändert beim Strahlrücklauf, so daß der j'-Koordinateriiagezähler 21 »einen Sprung« macht mit 4 MHz, wodurch die Verstellung beim Null-Durchgang erfolgt. Die Signale von den den .v- und ^-Koordinaten zugeordneten Fensterzählern 28 und 30 gelangen zu einem Gatter 29, das seinerseits an ein Gatter 31 angeschlossen ist, welches demzufolge nur Bildelemente durchläßt, die dem Fenster zugehörig sind. Ein Mittelwertbildner 32 legt einen Graupegel fest, zu dem ein Schwellenwert d in zwei Addiererkreisen 33 und 34 hinzuaddiert bzw. davon abgezogen wird. Der Addierer 33 bildet die Summe a+d und der Addierer 34 die Differenz a—d. Die Ergebnisse c und e werden mit dem empfangenen Bildsignal / in den Vergleichskreisen 35, 36 verglichen. Die entsprechenden Ergebnisse/ > c und e < /gelangen dann in einen ODER-Kreis 37. Das sich dann ergebende digitalisierte Bildsignal geht dann weiter zum Hauptspeicher 5, in dem eine Anzahl von Zeilen der Fenster-Bildelemente »der zurückliegenden Zeit« gespeichert sind, und dann zum Korrelatorspeicher 6, der mit Hilfe des Frequenzwandlers 38 mit geringerer Geschwindigkeit vorangeschaltet werden kann. Zusammenfassend kann gesagt werden, daß die Schaltungsteile 14 bis 27 der Fig. 2 im wesentlichen einem Schaltungsteil Aa der Fig. 1 entsprechen, in dem die Fensterlagenmarkierungen erzeugt werden. Ferner entsprechen die Schaltungsteile 28 bis 31 der Fig. 2 dem Schaltungsteil 4 der Fig. 1, d. h. dem Fenstergenerator, während die Schaltungsteile 32 bis 37 der Fig. 2 dem Analog-Digital-Wandler 3 der Fig. 1 entsprechen.

Die gewonnenen Korrelationszahlen werden in einem Digital-Komparalor 39 mit dem Inhalt eines Registers 40 verglichen, in dem die bisher größte Korrelationszahl des Maximalwert-Speichers la der Fig. 1 gespeichert ist. Sobald eine höhere Korrelationszahl erscheint, gelangt diese in das Register 40 an Stelle der bisherigen. Der Rückkoppeiungskreis 11 verläuft über einen Analog-Integrator 41 zu den Addierern 33 und 34 im Analog-Digital-Wandler 3. Gleichzeitig mit dem Eingang in die Schieberegister des Kcrreiatorspeichers 6 zeigt ein Lagezähler 42 zu jeder Zeit an, für welchen Punkt der Fenster-Matrix die Korrelation in diesem Augenblick durchgeführt wird. Die Signale aus diesem Zähler gelangen dann über ein Gatter 43 in ein Lageregister 44. Das Gatter 43 läßt jedes Mal durch, wenn eine neue und größere Korrelationszahl in das Register 40 eingebracht wird. Das Lageregister 44, das grob gesehen dem Lagekoordinaten-Speicher Tb der Fig. 1 entspricht, enthält dann x- und ^-Koordinaten für die wirkliche Lage, die die beste Korrelation innerhalb der Fenstermatrix ergibt. Die Rückkoppelung 13 verläuft über einen Schalter 45 zu den Gattern 23 und 27, welche eine Lageverstellung des gesamten Fensters derart vornehmen, daß mit dem Objektbild in der Mitte eine maximale Korrelation erhalten wird (Verstellvorrichtung 9 der Fig. 1). Urr. die Fensterlage innerhalb des Fernsehblickfeldes zu markieren, werden die Signale vom Fenster und vom übrigen Teil des Blickfeldes in einem Addierer 46 summiert, wodurch auf dem Monitor 2 ein Dunkelgrau-Fenster erzeugt wird.

Fig. 3a zeigt eine ausführlichere Darstellung eines 3 · 3-Korrela ors 6. Sechs für fünf Bit eingerichtete Schieberegister 48a bis 48/sind in Reihe geschaltet, wobei die Ausgänge der Register 48/), 48i/ und 48/mit den drei »l-ßit«-Addierern 49a bis 49c verbunden sind, von wo das Ergebnis weitergeleitet wird zu einem »2-Bit«-Addierer 50 und einem »4-Bit«-Addierer 51.

Fig. 3b zeigt einen Korrelator mit 5 ■ 5-Elementen,

ίο welcher mit zehn »5-Bitw-Schieberegistern 53, 54, welche in Reihe geschaltet sind, zusammenarbeitet. Die Ausgänge der Registerteile 54a bis 54e sind mit sieben »1-Bit«-Addierern 55a bis 55g-verbunden, deren Ausgänge an drei »2-Bit«-Addierer 56a bis 56c angeschlossen sind. Die Leitungsführung geht dann weiter zu zwei und dann zu einem »4-Bit«-Addierer 57a, 576 bzw. 58. Die fünf Ausgänge der »4-Bit«-Ad(Jierer 58 führen zu einem Vergleichs- und Speicherkreis (etwas nach rechts und oben versetzt dargestellt). Der

ao Eingang des Vergleichs- und Speicherkreises enthält eine Anzahl von Invertern 52, um die neue Korrelationszahl, beispielsweise 7 (im Zehner-System) entsprechend 00111 (im Binärsystem) mit der alten gespeicherten Zahl, beispielsweise 4 im Zehnersystem

*5 entsprechend 00100 im Zweiersystem bei Eintreffen des an höchster Stelle erscheinenden Bits verglichen wird. Dieser schrittweise Vergleich führt von oben gerechnet in der vierten Stellung zu einem Ausgangssignal, das als Signal ρ am Ausgang des Gatters 63 erscheint und kenntlich macht, daß die neue Zahl 7 die alte Zahl 4 in den Speicherzellen 60a bis 60c ersetzen soll. Das Signal ρ sorgt auch dafür, daß die neue Anzahl in den Lagekoordinatenspeicher Tb eingespeist wird. Die beispielsweise aus elektronischen bistabilen Schaltvorrichtungen bestehenden Speicherzellen 60a bis 6Oe mit UND-Gattern an den Eingängen sind mit ihren Ausgängen an eine Anzahl (4) von invertierten UND-Gattern 61a bis 61 d angeschlossen. Die Ausgänge der letzterwähnten Gatter werden wieder in den UND-Gattern 62a bis 62e und schließlich auch im UND-Gatter 63 summiert, wo die höchste Korrelationszahl, welche die maximale Übereinstimmung zwischen Blickfeld und den 3 · 3- und 5 · 5-Schemen wiedergibt, extrahiert und zum Lagekoordinatenspeieher 7a weitergegeben werden kann.

Um einen noch vollkommeneren Vergleich mit einer willkürlichen Anordnung und Ausbildung der 5 · 5-Elemente, die auch noch unterschiedlich ausgebildet sein können zu erhalten, lassen sich die Register 54o bis 54e mit Spezialregistern in Form von »5-Bit«- Schieberegistern 64a bis 64c gemäß Fig. 3c ergänzen, wobei die Ausgänge aller Register 54a bis 54e und 64 a bis 64 e zu den Eingängen einer Anzahl von invertierenden EXKLUSIVEN ODER-Gattern 65a bis 65e führen. Das Bezugsschema läßt sich nun als digitalisiertes Bild von 5 ■ 5-Elementen herauslesen für einen möglichen Vergleich.

In F i g. 3 sind alle Bauelemente vollständig schematisch dargestellt, da es gegenwärtig keine brauchbare Terminologie gibt. Auch die Beschreibung ist recht summarisch aufgebaut und es sind eine Anzahl von geringeren Änderungen möglich. Beispielsweise könnten die zeitlichen Verschiebungen (Phasenänderungen) zwischen den verschiedenen Kanälen ein besonderes Speicherelement erforderlich machen, da an geeigneten Stellen in der Addiererkette zum Einschleifen der Taktimpulse Zwischenspeicher für Zahlen erforderlich sein können.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

A 1 c R

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Überprüfung der Formübereinstimmung eines von einem auf ein entferntes Objekt gerichteten, bilderzeugenden, elektromagnetischen Sensor erhaltenen Objektbildes mit einem vorgegebenen Schema gleicher oder ähnlicher Form und zum korrekten Einrichten des Sensors auf das Objekt, wobei die vom Sensor erfaßte Objektinformation einem die Information auf einem Bildschirm darstellenden Empfänger zugeführt wird, der einen Analog-Digital-Wandler speist, welcher das Bildsignal digitalisiert und in Verbindung mit einem elektronischen Fenstergenerator aus dem gesamten Blickfeld einen begrenzten Bereich herausnimmt und an einen Speicher weitergibt, der an einen Korrelatorspeicher angeschlossen ist und alle aus dem Bildfensterbereich kommenden Bildsignalelemente speichert, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrelatorspeicher (6) so ausgebildet ist, daß er in einem Abtastzyklus für jede Objektlage innerhalb des Fensters elementweise die digitalisierten Bildelemente mit Elementen eines festen Bezugs-Schemas, das kleiner als das Fenster ist, vergleicht, um durch Erfassung einer Korrelationszahl der übereinstimmenden Bildelemente ein Maß der Übereinstimmung zwischen dem festen Schema und dem digitalisierten Bild zu gewinnen; daß in jedem Abtastzyklus jede Korrelationszahl, die größer ist als eine zuvor gespeicherte Zahl, zu einem an den Korrelalor-Speicher (6) angeschlossenen Maximalwert-Speicher (7 ·) übertragen wird, wobei ein Lagekoordinaten-Speicher (Tb) gleichzeitig die Koordinaten der Objektlage innerhalb des Fensters registriert, die der neuen größeren Korrelationszahl entspricht, um nach jedem vollständigen Abtastzyklus die horizontalen und vertikalen Koordinaten für die Fläche innerhalb des Fensters, die die maximale Übereinstimmung mit dem festen Schema hat, zu gewinnen und einer Aufzeichnungsvorrichtung (8) zuzuführen, die mit den Speichern (7 a, Tb) verbunden ist, und daß ferner die Aufzeichnungsvorrichtung (8) mit einer Verstellvorrichtung (9) verbunden ist, die die Zielrichtung des Sensors (1) oder dessen Träger ändert und die maximale Korrelationszahl als Maß dafür verwendet wird, wie genau die Form des Objekts mit der Form des Bezugsschemas übereinstimmt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrelationsspeicher (6) eingangsseitig aus einer ersten Anzahl von Schieberegister-Logikelementen (53) besteht, welche mit einer zweiten Anzahl von in Reihe geschalteten, mit parallelen Ausgängen versehenen Schieberegistern (54a bis 54e) zu einer regulären Kette verbunden sind, daß die Ausgänge der letztgenannten Schieberegister paarweise mit einer Anzahl von Addierern (55 bis 58) verbunden sind, um von dem letzten dieser Addierer (58) die Korrelationszahl selbst zu extrahieren und zu dem zu Beginn auf Null gestellten Maximalwert-Speicher (7a) zu übertragen, sobald eine neue Korrelationszahl größer wird als irgendeine in vorangehenden Abtastzyklen erfaßte und geapeichertc Zahl, wobei in diesem Falle auch die Koordinaten für die entsprechende Lage innerhalb des Fensters in den Lagekoordinaten-Speicher (7W eingespeist und der Vergleich mit Hilfe eines Signalgenerators für einen festen Bezugswert vorgenommen wird, von welchem über Schaltvorrichtungen (64o bis 64e) eine willkürlich geformte Schemenmatrix entnehmbar ist für einen Vergleich mit dem digitalisierten Bildsignal, welches von dem elektronischen Fenstergenerator Element für Element in die Kaskade der Schieberegister eingegeben wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rückkopplungspfad (11, 12) entweder vom Korrelatorspeicher (S) und/oder vom Fensterbereichswähler (4) zu einer Mehrzahl von Analog-Digital-Wandlern (3) führt, die obere und untere den ursprünglichen Wert einklammernde Schwellenwerte festlegen, welche nachfolgend Quantifizierpegel genannt werden, um festzustellen, ob ein Bildelement angenommen werden kann oder nicht, daß ein Hauntepeicher (S) Versionen der Fesntermatrix, welche einem oberen, einem mittleren und einem unteren Quantifizierpegel entsprechen, speichert, um jede aus einer Impulsfolge von Bildelementen bestehende Version in dem Korrelatorspeicher (6) elementweise mit dem Bezugsschema zu vergleichen, daß der Pegel, der entsprechend der höchsten Korrelation&zahl die beste Übereinstimmung bringt, die Entscheidung darüber trifft, ob diese Gruppe von Quantifizierpegeln angehoben oder im Falle zweifelhafter Korrelationszahlen gesenkt werden soll, d. h., ob der Bildkontrast zu vergrößern oder zu verkleinern ist, um die Übereinstimmung in nachfolgenden Zyklen zu verbessern, daß diese Entscheidung mit einem Zähler vorgenommen wird, der mit einem Register (49) verbunden ist, das wiederum an den Korrelatorspeicher (6) angeschlossen ist, in dem die bisher größte Korrelationszahl gespeichert ist, wobei der Zähler feststellt, von welcher Abtastversion die letzte oder maximale Korrelationszahl stammt, daß das Register (49) ein Signal erzeugt, welches festlegt, ob der mittlere Pegel der eingestellten Quantifizierung angehoben oder abgesenkt werden soll, wobei dieses Signal in einem Integrierkreis nach der Zeit integriert wird unter Verwendung einer Zeitkonstanten τ — R- C, entsprechend der Dauer einer Anzahl von Zyklen, so daß während stabiler Zustände gerade die Version, die vom mittleren Pegel stammt, im Durchschnitt zu der nächsten Annäherung führt und eine im wesentlichen an das Bezugsschema angepaßte Kontrastflache ausgeschieden wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Vergleich der digitalisierten Bildsignale mit einem festen Bezugsschema von 3 · 3 Elementen das Eingangssignal für den Korrelatorspeicher (6) mit Signalen eines Taktgenerators (19) impulsweise in ein 6 · 5-Bit-SchieberegistKi (48 a bis 48/) eingegeben werden, daß von den letzten drei Ausgängen eines jeden zweiten Schieberegisters jeweils ein »1-Bit«-Addierer (49a bis 49c) gespeist wird, daß die Ausgänge der ersten Addieret (49a, 496) an einem »2-Bit«-Addierer (50) angeschlossen sind, dessen Ausgang zusammen mit dem Ausgang des dritten »1-Bit«-Addierers (49c) mit einem »4-Bit«-Addierer (51) verbunden sind, daß von den vier Ausgängen der letztgenannter Addierer die Korrelatorzahl gewonnen und in den Maximalwert-Speicher (7a) eingebracht wird zum

Vergleich mit der bisher höchsten Korrelationszahl, daß diese Korrelationszahl in einer Mehrzahl von Speicherelementen (60a bis 60c) gespeichert wird, die mit dem »4-Bit«-Addierer (51) über eine Anzahl von Invertierern (52) und logischen Gattern (61 bis 63) verbunden sind, um ein Ausgangssignal (/>) zu gewinnen, welches angibt, ob die neue KGrrelationszahl die bisherige Korrelationszahl zu ersetzen hat, die in den einzelnen Speicherelementen (60 a bis 60c) gespeichert war, daß der Maximalwert-Speicher (7a) mit einer Rückkopplung (13) zum Analog-Digital-Wandler (3) versehen ist, um, falls die maximale Korrelationszahl größer ist als eine bestimmte vorgegebene Zahl, dei vor dem Anlauf eingestellt wurde, ein Signal zu erzeugen, mit dem der Quantifizierpegel in dem Analog-Digital-Wandler geändert wird, daß das Signal in einem Integrator nach der Zeit integriert wird unter Verwendung einer Zeitkonstanten τ = R · c, die der Dauer einer bestimmten Anzahl von Zyklen entspricht, so daß während stabiler Zustände gerade die Version, die vom mittleren Pegel stammt, im Durchschnitt zu der nächsten Annäherung führt und eine im wesentlichen an aas Bezugsschema angepaßte Kontrastfläche ausgeschieden wird.