DE3631944A1 - Einrichtung zur auswertung eines bildes zum zwecke der zielerkennung - Google Patents
Einrichtung zur auswertung eines bildes zum zwecke der zielerkennungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur
Auswertung eines Bildes gemäß dem Oberbegriff des Patent
anspruches 1.
In zunehmendem Maße werden in verschiedensten Flugkörpern
Fernsehkameras eingesetzt, deren Bilder in Lenkanlagen für
den Flugkörper zur Zielerkennung und zum Zielanflug
verwendet werden. Die Zielerkennung erfolgt entweder
automatisch in einer Auswerteschaltung, jedoch in vielen
Fällen durch einen Lenkschützen, der das auf einem Monitor
vorliegende Fernsehbild visuell auswertet. Bei der hohen
Geschwindigkeit und der kurzen Flugzeit der verwendeten
Flugkörper und der dabei auftretenden nahezu explosionsar
tigen Änderung des Fernsehbildes werden an die Auswertung
und insbesondere bei einer visuellen Auswertung an das
visuelle System des Lenkschützen sehr hohe Anforderungen
gestellt.
In den Fig. 1 und 2 ist eine typische Situation für die
Anwendung einer Fernsehkamera im Rahmen der Lenkung eines
Flugkörpers gezeigt. Der mit 1 bezeichnete Flugkörper
fliegt in einer vorgegebenen Höhe H über dem Untergrund 2.
Eine Fernsehkamera 3 liefert ein in Fig. 2 mit 4
bezeichnetes Bild über den Betrachtungswinkel ϑ vom
Untergrund. Das Bild 4 wird z. B. auf einem Monitor
dargestellt.
In dem gezeigten Beispiel fliegt der Flugkörper (1)
entlang einer geraden Straße konstanter Breite. Das
Ergebnis ist das Fernsehbild 4 in Fig. 2, in dem am
oberen Bildrand am abgebildeten Horizont 5 die abgebildete
Straße 6 in einem Punkt zusammenläuft und zum unteren
Bildrand hin zunehmend breiter wird. Versucht man während
des schnellen Fluges des Flugkörpers ein in der Form
bekanntes Ziel auf dem Untergrund zu erkennen, dann stellt
sich das Problem, daß die reale Größe des Zieles auf dem
Monitor unbekannt ist. Sie ist abhängig von folgenden
Parametern:
- - von der absoluten Größe des zu erkennenden Zieles
- - von Parametern der Fernsehkamera, wie deren Brennweite und deren Abtasteinrichtung
- - von dem Ort des zu erkennenden Zieles auf dem Monitor
- - von dem Flugwinkel des Flugkörpers gegen den Untergrund
- - von der Entfernung des Zieles vom Flugkörper.
Da sich die letzten drei Parameter während des Fluges des
Flugkörpers ständig ändern, muß das auf dem Bild vorhande
ne gesuchte Ziel über einen weiten Größenbereich erkannt
werden können. Dies erschwert sowohl gegebenenfalls eine
automatische Auswertung des Bildes in der Lenkanlage des
Flugkörpers als auch erheblich die visuelle Auswertung
durch den Lenkschützen.
Aus der DE-OS 31 06 100 der Anmelderin ist eine Hindernis
warnvorrichtung für Luft-, Raum- oder Wasserfahrzeuge mit
einer farbcodierten Entfernungsanzeige und einem einen
vorgebbaren Raumwinkel abtastenden und objektspezifische
Merkmale wie Lage, Entfernung und Annäherung von Objekt
punkten feststellenden Radargerät beschrieben. Diese
Hinderniswarnvorrichtung weist zusätzlich eine Kamera, z.
B. eine Fernsehkamera auf, die ein elektronisches Bild des
gleichen oder eines größeren Raumwinkelbereiches unter
Heranziehung der Werte vom Radargerät liefert. Eine
Wiedergabe des Bildes auf einem Farbmonitor erfolgt
derart, daß alle Bildpunkte, deren zugehörigen Objekte
eine Entfernung kleiner als ein vorgebbarer Entfernungs
schwellenwert haben, entsprechend ihrer Entfernung ver
schiedenfarbig codiert werden. Alle Bildpunkt mit einer
Entfernung größer als der vorgegebene Entfer
nungsschwellenwert werden einfarbig auf dem Farbmonitor
dargestellt und liefern das Bild der Kamera. Dem Benutzer
wird auf diese Weise in Sekundenbruchteilen ein äußerst
rasches Erkennen von Hindernissen und neu auftauchenden
Hindernissen etwa bei Ausweichmanövern im Tiefflug eines
Hubschraubers ermöglicht, da Hindernisse und sonstige
bewegte Objekte durch die Farbcodierung kräftig hervorge
hoben und daher leicht zu erkennen sind. Über den Farbton
kann noch der Grad der Gefährdung durch Hindernisse
signalisiert werden.
Eine solche Hinderniswarnvorrichtung kann jedoch nicht für
das hier in Rede stehende Problem angewandt werden, im
wesentlichen, weil eine spezifische Zielerkennung nicht
möglich und auch nicht gewollt ist, die jedoch für den
Zielanflug eines Flugkörpers auf ein Ziel von entscheiden
der Bedeutung ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer
Einrichtung der in Rede stehenden Art die Zielerkennung
innerhalb des von der Fernsehkamera des Flugkörpers
aufgenommenen Bildes zu verbessern und dadurch die
Auwertung des Bildes zu vereinfachen.
Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die im
kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen
Merkmale gelöst.
Demgemäß ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung ein
durchstimmbares Bandpaßfilter, dem die Videosignale zuge
führt werden und dessen Filtercharakteristik in Abhängig
keit der Bildkoordinatensignale nach Maßgabe der Bildgröße
des zu erkennenden Zieles entsprechend der Bildperpektive
kontinuierlich veränderbar ist. Durch diese Maßnahme
können Ziele spezifisch erkannt und in der Aufzeichnungs
einheit, z. B. einem Monitor entsprechend markiert, etwa
farbcodiert werden. Auf diese Weise wird die Auswertung
des Bildes hinsichtlich zu erkennender Ziele wesentlich
vereinfacht, unabhängig davon, ob diese Auswertung automa
tisiert oder visuell durch einen Lenkschützen erfolgt.
Hierbei wird davon ausgegangen, daß die realen Abmessungen
des gesuchten Zieles bekannt sind, so z. B. die reale
Breite, unter der ein Panzer einem Beobachter erscheint,
der unmittelbar vor ihm steht. Diese Abmessungen können
durch einen Bereich festgelegt werden, der durch eine
minimale Breite b min und eine maximale Breite b max je nach
dem Betrachtungswinkel eingegrenzt ist. Bei bekannten
Daten der Fernsehkamera und der Lage des Horizontes auf dem
Bild läßt sich dann für jeden Ort mit den Koordinaten x
und y im Bild die Breite b′ des zu erkennenden Zieles auf
dem Bild durch die Grenzwerte b′ min bzw. b′ max bestimmen,
und zwar zu:
b′ min = F(b min′ x,y)
(1)
b′ max = F(b max′ x,y)
b′ max = F(b max′ x,y)
Die Funktion F(b, x, y) läßt sich anhand der geometrischen
Bildaufnahmesituation analytisch ermitteln.
Wird das Fernsehbild nach einem üblichen zeilenweisen
Bildabtastverfahren gewonnen, dann entsteht beim Abtasten
einer Zeile, die das gesuchte Ziel schneidet, durch dieses
Ziel eine Videofrequenzkomponente f, für die gilt:
f min ≦ f ≦ f max (2)
Für die Grenzwerte f min und f max gilt:
In diesen Gleichungen ist a eine Proportionalitätskon
stante.
Das gesuchte Ziel kann daher nur dort auf dem Bild
vorhanden sein, wo nennenswerte Signalamplituden im
Videofrequenzbereich zwischen f min und f max vorhanden
sind. Das Frequenzintervall zwischen f min und f max
verschiebt sich beim Abtasten des Bildes vom oberen zum
unteren Bildrand zu tieferen Frequenzen.
Durch Eingabe der realen Abmessungen der gesuchten Ziele
werden alle Objekte mit derartigen Abmessungen in der
Aufzeichnungseinheit, z. B. auf einem Monitor entsprechend
automatisch markiert. Hierdurch wird das Erkennen von
Zielen wesentlich erleichtert. Eine solche Einrichtung mit
einer automatischen Zielerkennungshilfe ist vor allen
Dingen beim Einsatz von Kleinraketen mit kurzer Flugzeit
unbedingt erforderlich, um eine brauchbare Trefferquote zu
erreichen.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den
Unteransprüchen hervor.
Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel anhand der
Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung stellen dar:
Fig. 3 ein schematisches Blockdiagramm einer Einrichtung
gemäß der Erfindung zur Auswertung eines Bildes
zum Zwecke der Zielerkennung;
Fig. 4 die Filtercharakteristik eines in der Einrichtung
verwendeten durchstimmbaren Bandpaßfilters.
In Fig. 3 ist wiederum der Flugkörper 1 mit seiner
Fernsehkamera 3 gezeigt. Die Bildsignale der Fernsehkamera
3 werden über eine Datenübertragungsstrecke 11 zu einer
Lenkanlage 12 übertragen, von der in Fig. 3 nur die zur
Zielerkennung und gegebenenfalls Zielauswertung benötigten
Elemente dargestellt sind. Die Bildsignale werden von
einem Empfänger 13 empfangen und in einer Trennschaltung
14 in Videosignale (VS) und Bildkoordinatensignale X und Y
aufgetrennt. Diese Bildkoordinatensignale X und Y sind den
oben erwähten Bildkoordinaten x und y innerhalb des Bildes
zugeordnet.
Die Videosignale VS werden dem Eingang 15 eines durch
stimmbaren Bandpaßfilters 16 zugeführt; die Bildkoordi
natensignale X, Y werden an Durchstimmeingänge 17 dieses
Bandpaßfilters 16 geleitet. Einem weiteren Durchstimmein
gang werden noch Signale einer Eingabeeinheit 18 zuge
führt, die Flugbahndaten des Flugkörpers und gegebenen
falls Korrektursignale darstellen. Einem Bereichseingang
19 des Bandpaßfilters 16 werden über eine Eingabeeinheit
20 die oben erwähnten Werte b min und b max für die minimale
bzw. maximale reale Breite des zu erkennenden Zieles
zugeleitet.
Aus diesen angegebenen Daten kann, wie oben erläutert, die
Frequenzcharakteristik des Filters bestimmt werden, und
zwar durch Angabe der minimalen und maximalen Videofre
quenzkomponenten f min und f max . Wie aus Fig. 4 ersicht
lich, liegt das so bestimmte Frequenzband am oberen
Bildrand bei relativ hohen Videofrequenzen, am unteren
Bildrand bei relativ niedrigen Frequenzen. Dieses Fre
quenzband wird während der Abtastung des Bildes konti
nuierlich verschoben, was durch den Pfeil 21 in Fig. 4
schematisch dargestellt ist. Wird das Bild der Fernsehka
mera durch eine Zeilenabtastung erzeugt, so ist die
Steuerung der Verschiebung im wesentlichen nur über das
Höhenkoordinatensignal Y notwendig. Eine Feinabstimmung,
etwa zur Definition der Horizontlage kann über die
Eingabeeinheit 18 erfolgen.
Das Ausgangssignal des Bandpaßfilters 16 wird in einem
Komparator 21 mit einem Referenzsignal U ref verglichen,
durch das ein Detektionspegel für die bandgepaßten
Videosignalkomponenten festgelegt wird. Ist das Ausgangs
signal des Bandpaßfilters 16 im selektierten Frequenzband
größer als das Referenzsignal, dann ist an dieser Stelle
im Bild ein Objekt mit Abmessungen in dem definierten
Breitenbereich vorhanden. Der Komparator 21 liefert ein
Ausgangssignal an eine Markierungseinrichtung 22, durch
die der ermittelte Bildbereich markiert wird.
Die Darstellung des Gesamtbildes erfolgt auf einer
Anzeigeeinheit, z. B. einem Monitor 23, dem die Videosig
nale VS und die Bildkoordinatensignale X, Y über
Verzögerungsglieder 24, 25, 26 und außerdem das Ausgangs
signal der Markierungseinrichtung 22 zugeführt werden. Die
Verzögerungsglieder haben eine Verzögerungszeit τ, die
der Reaktions- bzw. Bearbeitungszeit des durchstimmbaren
Bandpaßfilters angepaßt ist und diese kompensiert. Die
durch den Bandpaßfilter 16 und den Komparator 21 ausge
wählten Bildbereiche werden z. B. farbcodiert auf dem
Monitor 23 synchron mit dem übrigen Fernsehbild angezeigt.
Ein Lenkschütze braucht daher den Bildschirm des Monitors
23 nur noch in den markierten Bildbereichen zu überprüfen,
um festzustellen, ob die markierten Bildbereiche zu
erkennende Ziele oder nicht interessierende Objekte
darstellen. Dadurch wird die Zielerkennung wesentlich
erleichtert, da der Lenkschütze nur noch einen kleinen
Teil der Bildfläche überprüfen muß.
Es ist ferner möglich, die Aufzeichnungseinheit 23 mit
einer Auswerteeinheit 24 zu verbinden, in der eine
automatische Zielerfassung und Zielauswahl vorgenommen
wird. Die Ausgangssignale dieser Auswerteeinheit 24 können
dann direkt über hier nicht gezeigte Lenkeinheiten zur
Lenkung des Flugkörpers benutzt werden.
Die automatische Zielerkennungshilfe ist selbstverständ
lich unabhängig von dem angewandten Abtastverfahren der
verwendeten Fernsehkamera, so daß nicht nur eine Zeilenab
tastung möglich ist. Ebenso ist die Erfindung nicht
gebunden an das beschriebene vereinfachte Ausfüh
rungsbeispiel für einen in konstanter Höhe über Grund
fliegenden Flugkörper. Andere Flugbahnen können durch
entsprechende Eingabe der Bahndaten über die Eingabeein
heit 18 berücksichtigt werden.
Claims (5)
1. Einrichtung zur Auswertung eines Bildes, das von einer
Fernsehkamera eines ein Ziel anfliegenden Flugkörpers
aufgenommen und durch längs einer Abtaststrecke ermit
telte Bildsignale dargestellt wird, mit einer Daten
übertragungsstrecke von der Fernsehkamera zu einer
Lenkanlage für den Flugkörper, in der die Bildsignale
zum Zwecke der Zielerkennung ausgewertet werden und die
zumindest einen Empfänger sowie eine Aufzeichnungsein
heit für die Bildsignale aufweist, dadurch gekennzeich
net, daß der Empfänger (13) eine Trennschaltung (14)
zur Auftrennung der Bildsignale in Videosignale (VS)
und Bildkoordinatensignale (X, Y) aufweist, daß die
Videosignale (VS) und die Bildkoordinatensignale (X, Y)
über Verzögerungsglieder (24, 25, 26) der Aufzeich
nungseinheit (23) zugeführt werden, daß ein durchstimm
bares Bandpaßfilter (16) vorgesehen ist, dem die
Videosignale (VS) der Trennschaltung (14) zugeführt
werden und dessen Filtercharakteristik (f min, f max ) in
Abhängigkeit der Bildkoordinatensignale (X, Y) nach
Maßgabe der Bildgröße des zu erkennenden Zieles
entsprechend der Bildperspektive kontinuierlich verän
derbar ist, daß dem Ausgang des Bandpaßfilters (16) ein
Komparator (21) zum Vergleich der Signalhöhe der
bandgepaßten Videosignalkomponenten mit einem Referenz
signal (U ref ) nachgeschaltet ist, daß der Ausgang des
Komparators (28) mit einer Markierungseinrichtung (22)
zum Markieren derjenigen Bildbereiche in der Aufzeich
nungseinheit (23) verbunden ist, die durch die im
Komparator (21) ausgewählten Videosignalkomponenten
bestimmt sind, und daß die Verzögerungszeit (τ) der
Verzögerungsglieder (24, 25, 26) auf die Reaktionszeit
des Bandpaßfilters (16) abgestimmt ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Aufzeichnungseinheit (23) einen Monitor auf
weist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Markierungseinrichtung (22) die
ausgewählten Bildbereiche farbcodiert.
4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Abstimmung des Bandpaß
filters (16) eine Eingabeeinheit (18) für die Flugbahn
daten des Flugkörpers (1) und gegebenenfalls für
Korrekturdaten vorgesehen ist.
5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Aufzeichnungseinheit
(23) mit einer Auswerteeinheit (24) zur automatischen
Zielerfassung und gegebenenfalls Zielauswahl verbunden
ist.
Priority Applications (2)
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ID=6309956
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