DE2754687A1

DE2754687A1 - Korrelationsanordnung

Info

Publication number: DE2754687A1
Application number: DE19772754687
Authority: DE
Inventors: Robin Geoffrey Marsh
Original assignee: EMI Ltd
Current assignee: EMI Ltd
Priority date: 1976-12-11
Filing date: 1977-12-08
Publication date: 1978-06-15
Also published as: SE7713965L; GB1590950A; US4164728A

Description

LEINE & KÖNIG

PATENTANWÄLTE

Dlpl.-Ing. Slgurd Lein« · Dlpl.-Ptty». Dr. Norbert Kflnlfl

BurckhardtstraBe 1 Telefon (0511) 62 30»

D-3000 Hannover 1

EMI Limited

Unser Zeichen Datum

100/454 6. Dez. 1977

Korrelationsanordnung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Korrelationsanordnung und Korrelationstechniken, sie bezieht sich insbesondere jedoch nicht ausschließlich auf solche Techniken zur Verwendung bei der Korrelation von Fernseh- oder Infrarotbildern einer Szene, die zu verschiedenen Zeiten gewonnen worden sind, z.B. um eine Selbstzwangverfolgung (auto-lockföllow, A.L.F.) bei einer Raketenleitanordnung zu bewirken.

Es ist bekannt, eine A.L.F. dadurch zu erzielen, daß ein Referenzbild oder ein Teil davon zum Zwecke des Vergleichs mit nachfolgend gewonnenen Bildern der gleichen Szene gespeichert wird. Das Referenzbild oder ein Teil davon wird mit einem anderen Bild in jeder von verschiedenen relativen Positionen verglichen, um so die relative Position zu bestimmen, an der eine maximale Korrelation zwischen den beiden Bildern auftritt. Eine Anzeige der zuvor genannten Position der maximalen Obereinstimmung oder Korrelation wird dazu verwendet, um die Rakete in ihr Ziel zu steuern.

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ORIGINAL INSPECTED

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Herkömmliche A.L.F,-Systeme verwenden komplizierte Korrelationstechniken. Zum Beispiel kann Gebrauch gemacht werden von schnellen Fourier-Transformationen, oder Vergleiche können durchgeführt werden auf einer Bild-Punktauf-Bild-Punkt-Basis. Diese Techniken neigen zur Kompliziertheit und sind nur mit hohem Kostenaufwand auszuführen, gleichzeitig können sie durch Störungen in den Bildern beeinträchtigt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine relativ einfache Korrelationstechnik anzugeben, die eine ausreichende Korrelationsgüte und ein passendes Signal-zu-Stör-Verhältnis liefert.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird bei der Korrelationsanordnung gelöst durch Mittel zur Gewinnung von Linienintegralen von Daten einer ersten zweidimensionalen Darstellung einer Szene, durch Mittel zur Gewinnung entsprechender Linienintegrale einer zweiten zweidimensionalen Darstellung von im wesentlichen der gleichen Szene und durch Mittel zum Vergleich von entsprechenden der Linienintegrale zur Feststellung einer Korrelation zwischen den Darstellungen.

Die Erfindung wendet ein neuartiges Prinzip an, nämlich das der Ausführung einer Korrelation zwischen ersten und zweiten Bildern auf der Basis von Linienintegralen, die über beide Gruppen von Bilddaten gebildet worden sind.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

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Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 2 und 3

zeigen Matrizen, die der Erläuterung der Erfindung dienen,

Fig. 4 zeigt eine Bewichtungsfunktion, die bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet werden kann.

In Fig. 1 werden Datensignale der Szene von einer Restlichtfernsehkamera gewonnen und in bekannter Weise in digitale Signale umgewandelt. Die digitalen Signale werden über einen Kommutator 1 bekannter Art entweder zu einem Bezugsbildspeicher 2 oder einem Augenblicksbildspeicher geleitet. Der Kommutator wird in bekannter Weise von einem Haupttaktkreis gesteuert, wie das durch eine gestrichelte Linie gezeigt ist, die den Kommutator 1 und den Haupttaktkreis 4 verbindet. Der Taktkreis 4 steuert außerdem den Betrieb anderer Teile der Korrelationsanordnung; die Verbindungen aller relevanter Teile mit dem Taktkreis sind aus Gründen der Übersichtlichkeit in gestrichelten Linien dargestellt.

Ein interessanter Bereich der Szene wird anfangs von einer Bedienungsperson ausgewählt, die einen Bildschirm (nicht dargestellt) betrachtet, auf dem das Fernsehbild wiedergegeben wird, und die ein Wählpult 5 bedient, um diesen interessanten Bereich auszuwählen. Bei einem Ausführungsbeispiel weist der Speicher 2 ein Speicherelement von jedem Bereich (oder BiId-

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element) der betrachteten Szene auf, im Bezug zu der ein Digitalsignal erzeugt wird, und der ausgewählte, interessierende Bereich weist z.B. einen Flecken von 32 χ 32 Abschnitten auf. Nachdem einmal bestimmt, wird dieser Flecken zum Gegenstand des SelbstzwangverfolgungsVorganges. Nachdem einmal das erste Bild in den Bezugsbildspeicher 2 eingelesen ist, werden ausgewählte Bilder, d.h. Bilder der Fernsehbilddaten, in den Augenblicksbildspeicher 3 eingegeben, wo sie in digitaler Form gespeichert werden, eines zu einer Zeit. Die Korrelation zwischen dem Bezugsbild in dem Bezugsbildspeicher 2 und dem Augenblicksbild in dem Augenblicksbildspeicher 3 wird in Obereinstimmung mit dem Prinzip dieser Erfindung auf der Grundlage von Linienintegralen der gespeicherten Digitaldaten bewirkt.

Es sei zunächst die Funktion des Bezugsbildspeichers 2 und der angrenzenden Schaltungen betrachtet. Ein Adressenwahler 3 wird unter der Steuerung des Wählpultes 5 und des Haupttaktkreises 4 betätigt, so daß er die gespeicherten Werte zeilenweise in dem ausgewählten Flecken ausliest, wie das z.B. in Fig. 2 gezeigt ist. Ein Flecken von nur 25 Abschnitten P1 bis P25 ist in Fig. 2 aus Gründen der einfachen Darstellung gezeigt, es liegt jedoch auf der Hand, daß in der Praxis der Flecken z.B. 1024 Teile enthalt, wenn eine 32 χ 32 Matrix verwendet wird. Der Adressenkreis liest zunächst die Daten aus, die in allen Abschnitten in der obersten horizontalen Reihe des Fleckens liegen, d.h. die Daten für P1, P2, P3, P4 und P5 bei diesen Beispiel. Diese Werte werden

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in einem Summierer 7 summiert, um so einen Linienintegralvrert RH1 zu bilden, der die Gesamtheit der Daten wiedergibt, die in der ersten horizontalen Reihe des Bezugsfleckens gespeichert sind. In ähnlicher Weise werden Integrale RH2 bis RH 5 für die restlichen Reihen des Fleckens gebildet.

In gleicher Weise werden Linienintegralwerte RV1 bis RV5 in Bezug auf die 5 Spalten des Fleckens gebildet.

Beispielsweise sei darauf hingewiesen, daß der Linienintegralwert RV1 durch die Summe P1 + P6 + P11 + P16 + P21 gegeben ist. Steigende und fallende Diagonalllnienintegrale werden ebenfalls gebildet, z.B. sind die fünf steigenden Diagonalllnienintegrale:

RRD 1 = P11 + P7 + P3

RRD 2 = P16 + P12 + P8 + P4 RRD 3 = P21 + P17 + P13 + P9 + P5 RRD 4 = P22 + P18 + P14 + P10 RRD 5 = P23 + P19 + P15

Es ist zu beachten, daß einige dieser Linienintegrale mehr Teilwerte enthalten als andere, jedoch ist dieses nicht weiter von Bedeutung, wenn man berücksichtigt, daß die anderen Linienintegrale mit in gleicher Weise gebildeten Linienintegralen verglichen werden sollen, die aus dem Augenblicksspeicher 3 abgeleitet sind.

Die Bildung der fallenden Diagonalllnienintegrale ergibt sich aus dem Vorhergesagten, der Vollständigkeit halber sei jedoch die Liste der 5 fallenden Diagonallinienintegrale,

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die bei diesem Beispiel tatsächlich verwendet werden, wie folgt angegeben ist:

RFD 1 = P11 + P17 + P23

RFD 2 = P6 + P12 + P18 + P24 RFD 3 = P1 + P7 + P13 + P19 + P25 RFD 4 = P2 + P8 + P14 + P20 RFD 5 = P3 + P9 + P15

Diese Linienintegralwerte (zwanzig von diesen in diesem Beispiel), gebildet durch RH1 bis RH5, RV1 bis RV5, RRD1 bis RRD5 und RFD1 bis RFD5, werden in einem Bezugslinienintegralspeicher 8 gespeichert. Nachdem sie einmal so gespeichert sind, werden die Bezugslinienintegrale wiederholt in einer vorbestimmten Folge ausgelesen und in einem digitalen Subtraktionskreis 9 mit entsprechenden Linienintegralwerten verglichen, die von den Daten abgeleitet sind, die augenblicklich in dem Augenblicksbildspeicher 3 enthalten sind. Die Vergleichsdaten werden aus dem Augenblicksbildspeicher 3 unter der Kontrolle eines Adressenwählers 10 abgeleitet, und sie werden zunächst abgeleitet von einem Bezirk des Speichers 3, der auf der Basis der Positionskoordinaten des als Bezugsflecken ausgewählten Fleckens wahrscheinlich-bei Abwesenheit einer relativen Verschiebung des Bezugsbildes und des Augenblicksbildes - die beste Korrelation oder Obereinstimmung mit den Werten liefert, die in dem Bezugslinienintegralspeicher 8 gespeichert sind. Der ausgewählte Bezirk ist natürlich ein Flecken von 32 χ 32 Abschnitten, wie der Bezugsfleck, so daß die Größe der davon

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abgeleiteten Linienintegrale, wenn keine Verschiebung zwischen dem Empfang des Augenblicks- und des Bezugsbildes aufgetreten ist, die gleiche sein sollte wie die der entsprechenden Linienintegrale, die von dem Bezugsfleck abgeleitet sind. Bei einer idealen ÜbereinStimmung zwischen dem Bezugsfleck und dem Augenblicksfleck würde somit das Ausgangssignal des Subtraktionskreises 9 für alle zwanzig Subtraktionen der Daten des Augenblicksflecks von den entsprechenden Linienintegraldaten null sein.

Die zwanzig Ausgangssignale, die die Ergebnisse der zwanzig Subtraktionen darstellen, werden in einem Summierkreis 11 summiert, und die Summe wird in einem Digitalspeicher 12 gespeichert.

Ein anderer Flecken in dem Augenblicksbildspeicher (z.B. einer, der um eine Reihe und/oder um eine Spalte zu dem ursprünglichen Flecken versetzt ist) wird dann durch den Adressenwähler 10 ausgewählt, und zwanzig neue Linienintegrale werden für den neu ausgewählten Flecken erzeugt und in dem Subtraktionskreis 9 mit den Bezugslinienintegralen in dem Speicher 8 verglichen. Dieser Vorgang wird für mehrere unterschiedliche Flecken der Daten wiederholt, die in dem Augenblicksbildspeicher enthalten sind, und die verschiedenen gelieferten Summen werden in dem Speicher 12 gespeichert. Ist eine ausreichende Zahl (z.B. zwanzig) von Flecken des Augenblicksbildes mit dem Bezugsflecken korreliert worden, so wird ein Wähler 13 für beste Übereinstimmung von der Art, wie er bei der Zeichenerkennungstechnik allgemein bekannt ist, vorgesehen, um die niedrigste Summe aus dem Speicher 12 aus-

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zulesen und Information betreffend den Speicherort in den Speicher 12 für die ausgewählte Summe in einen Koordinatenanalysierer einzuspeisen, der relativ zu dem Augenblicksbild die Position des Fleckens feststellt, der die beste Übereinstimmung (niedrigste Summe) mit dem Bezugsflecken ergab, um so eine Steuerinformation zu liefern, die eine die Restlichtkamera tragende Rakete veranlaßt, in Richtung auf das ausgewählte Ziel zu steuern.

Nachdem einmal die relative Verschiebung zwischen dem Bezugsbild und dem Augenblicksbild gebildet worden ist, können die Dreheffekte der Rakete geduldet werden, indem der Flecken in dem Augenblicksbild gedreht wird um seinen durch den zuvor beschriebenen KorrelationsVorgang bestimmten Mittelpunkt relativ zu dem Bezugsfleck. Dieses kann in rudimentärer Form erfolgen, indem die steigenden Diagonallinienintegrale des augenblicklichen Fleckens bester Obereinstimmung mit den Horizontallinienintegralen des Bezugsfleckens verglichen werden, die vertikalen Linienintegrale des augenblicklichen Fleckens mit den steigenden Diagonallinienintegralen des Bezugsfleckens, die fallenden Diagonallinienintegrale des augenblicklichen Fleckens mit den vertikalen Linienintegralen des Bezugsfleckens und die horizontalen Linienintegrale des augenblicklichen Fleckens mit den fallenden Diagonallinienintegralen des augenblicklichen Fleckens. Dieses liefert zwanzig Linienintegralvergleiche, wie bereite zuvor,jedoch unter Berücksichtigung der Tatsache, daß in diesem Falle

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einige Linienintegrale mehr Werte als jene enthalten, mit
denen sie verglichen werden müssen.

Eine zweite Gruppe von zwanzig Vergleichen kann durchgeführt werden, indem die horizontalen Linienintegrale des Bezugsfleckens mit den vertikalen Linienintegralen des augenblicklichen Fleckens und umgekehrt verglichen werden und indem die steigenden Linienintegrale des Bezugsfleckens mit den fallenden Linienintegralen des augenblicklichen Fleckens verglichen werden und umgekehrt. In diesem Falle enthalten alle verglichenen Linienintegrale die gleiche Zahl von Werten, so daß keine Kompensation erforderlich ist.

Schließlich wird eine dritte Gruppe von zwanzig Vergleichen durchgeführt, indem verglichen werden die fallenden Diagonallinienintegrale des augenblicklichen Fleckens mit den horizontalen Linienintegralen des Bezugsfleckens, die horizontalen Linienintegrale des augenblicklichen Fleckens mit den steigenden diagonalen des Bezugsfleckens, die steigenden Diagonalen des augenblicklichen Fleckens mit den vertikalen Linienintegralen des Bezugsfleckens und die vertikalen Linienintegrale des augenblicklichen Fleckens mit den fallenden Diagonallinienintegralen des Bezugsfleckens. Der Wähler 13 für die beste Übereinstimmung wählt dann den niedrigsten Gesamtwert aus den vier Drehwerten heraus, die in dem Speicher 12 gespeichert sind
(z.B. den ursprünglichen Vergleich mit den drei gedrehten
Vergleichswerten, gewonnen wie bereits oben beschrieben), um die beste Übereinstimmung zu bestimmen und somit die Rollbewegung der Rakete.

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Gewünschtenfalls können natürlich auch Drehwinkel von weniger als 45° zugelassen werden, indem weniger scharf gewinkelte Linienintegrale über den Augenblicksflecken gebildet werden.

In dem Falle, wo der Wähler 12 für die beste Übereinstimmung einen Wert auswählt, der sich über einem Schwellwertniveau befindet, das eine schlechte Korrelation wiedergibt, kann gewünschtenfalls eine Schaltung vorgesehen werden, die die Auswahl eines Fleckens bester Obereinstimmung in dem Augenblicksspeicher unterdrückt und weitere Vergleiche veranlaßt, um eine bessere übereinStimmung und/oder Aufdatierung des Bezugsbildes zu versuchen. Das trifft primär dann zu, wenn der Wähler Werte verarbeitet, die durch einfache Verschiebungen des Augenblicksfleckens relativ zum Speicher 3 gewonnen worden sind.

Wie bereits zuvor beschrieben und in Fig. 2 gezeigt, werden die Diagonallinienintegrale auf der Basis der Abschnitte P gebildet, deren Zentren durch die fragliche Linie geschnitten sind. Die Abschnitte, die so durch die Linien RFD1 und RFD3 geschnitten sind, sind in Fig. 2 gezeigt. In einigen Fällen mag es erwünscht sein, andere Abschnitte in einige oder alle Linienintegrale zu bringen. Z.B. ist die Linie RFD3 in Fig. 3 die gleiche wie die in Fig. 2, jedoch sind die anderen Linien RFD so angeordnet, daß ihre senkrechten Abstände von ihren nächsten Nachbarn die gleichen sind wie die entsprechenden Abstände von den RH- und RV-Linien. Dieses ist bei der Anordnung gemäß Fig. 2 nicht der Fall.

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Es sei nun die Linie RFD2* in Fig. 3 betrachtet. Es ist zu ersehen, daß sie durch die sieben Abschnitte P6, P12, P17, P18, P2 3 und P2 4 läuft, daß sie jedoch dichter zu den Zentren von einigen Abschnitten (z.B. P6, P12, P18 und P24) als zu den Zentren von anderen Abschnitten (z.B. P11, P17 und P23) läuft. Bei der Konstruktion des Linienintegrals zu RFD2* ist es daher erwünscht (wenn auch nicht notwendig), den Beiträgen der Abschnitte P6, P12, P18 und P2 4 mehr Gewicht zu geben als den Beiträgen der Abschnitte P11, P17 und P23. Dieses kann auf der Basis (z.B.) einer Rechteckwellenform gemäß Fig. 4 von Bewichtungswerten erzielt werden, wo das Gewicht von eins dann angewendet wird, wenn sich die Linie, entlang der das Integral gebildet werden soll, genau durch das Zentrum eines Abschnitts erstreckt, während verringerte Gewichte zur Bewichtung angewendet werden, wenn die senkrechte Distanz von dem Zentrum eines Abschnitts zur fraglichen Linie zunimmt, wobei das Gewicht null wird, wenn die senkrechte Distanz ^=- d ist, worin d die Dimension der Seite eines Abschnitts ist.

Die Art, in der die Linienintegrale gebildet werden, ist natürlich von geringer Bedeutung, vorausgesetzt, daß die gleichen Regeln bei der Bildung der Linienintegrale für die Bezugsbilder wie für die Augenblicksbilder angewendet werden. Die Anordnung ist somit äußerst flexibel, und die jeweils beste Methode zur Bildung der Linienintegrale kann in irgendeinem bestimmten Falle angewendet werden.

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Wenn auch das System gemäß Fig, 1 in fest verdrahteter Form unter Verwendung bekannter Schaltungen aufgebaut werden kann, so können doch einige Teile des Systems durch einen passend programmierten Digitalrechner gebildet sein, beispielsweise die Digitalspeicher 2 und 3, die Adressenwähler 6 und 10, der Bezugslinienintegralspeicher 8, der Speicher 12 und die Teile 13 und 14 zusammen mit dem Haupttaktkreis

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

Iy Korrelationsanordnung, gekennzeichnet durch Mittel zur
Gewinnung von Linienintegralen von Daten einer ersten zweidimensionalen Darstellung einer Szene, durch Mittel zur Gewinnung entsprechender Linienintegrale einer zweiten zweidimensionalen Darstellung von im wesentlichen der gleichen
Szene und durch Mittel zum Vergleich von entsprechenden der Linienintegrale zur Feststellung einer Korrelation zwischen den Darstellungen.
2. Korrelationsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch jeweilige Speichermittel zur Speicherung von Daten der ersten und zweidimensionalen Darstellungen der Szene.
3. Korrelationsanordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Wähler zum Auswählen von Daten aus entsprechenden Gruppen von Speicherplätzen in der Speichereinrichtung für jede der genannten Darstellungen, durch Mittel zur individuellen

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Kombination der von jeder der Speichereinrichtungen ausgewählten Daten zur Erzeugung jeweiliger Kombinationssignale und durch Mittel zum Vergleich der Kombinationssignale zur Erzeugung eines Anzeigesignals, das das Maß der Übereinstimmung zwischen den Kombinat!onssignalen anzeigt.
4. Korrelationsanordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Mittel zur Erzeugung jeweiliger Anzeigesignale für aus einer Mehrzahl von anderen Gruppen der genannten Speicherplätze ausgewählte Daten und durch Mittel zur Summierung aller der Anzeigesignale zur Erzeugung eines Korrelationsisgnals, das das Ausmaß anzeigt, mit dem die ersten und zweiten Darstellungen zueinander übereinstimmen.
5. Korrelationsanordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Mittel zur Verschiebung der Position einer der Darstellungen relativ zur anderen, wobei die Anordnung so ausgebildet ist, daß sie ein jeweiliges Korrelationssignal für jede relative Position liefert, die von der einen Darstellung im Bezug zu der anderen eingenommen wird.
6. Korrelationsanordnung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Mittel zum Auswählen des einen der Korrelationssignale, das kennzeichnend ist für die höchste Übereinstimmung der ersten Darstellung mit der zweiten Darstellung.
7. Korrelationsanordnung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Mittel zur Erzeugung eines Steuersignals in Abhängigkeit von

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den relativen Lagen der genannten Darstellungen, die dem ausgewählten der Korrelationseignale entsprechen.
8. Korrelationsanordnung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Mittel zur Unterdrückung der Erzeugung des Steuersignals für den Fall, daß das ausgewählte Korrelationssignal nicht einem Kriterium genügt, das kennzeichnend für ein vorbestimmtes Maß der Obereinstimmung zwischen den Darstellungen ist.
9. Korrelationsanordnung nach einen der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel zum Vergleich der Linienintegrale von Daten der ersten Darstellung mit Linienintegralen von Daten der zweiten Darstellung, die winkelmäßig dazu geneigt ist.
10. Korrelationsanordnung nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Linienintegrale durch Summierung gebildet sind.
11. Korre lationsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, daß die Einrichtung bei einen Raketenleitsysten verwendet ist.

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