DE3874733T2 - Anordnung und vorrichtung zur erzeugung und verarbeitung von abgetasteten netzmustern. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung wurde mit der Unterstützung der Regierung der Vereinigten Staaten unter der Vertragsnummer DASGLO-84- C-0068 gemacht, welche vom Department of the Army zuerkannt wurde. Die Regierung der Vereinigten Staaten hat bestimmte Rechte an dieser Erfindung.
• Die vorliegende Erfindung betrifft sowohl aktive als auch passive Sensorsysteme. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung um Daten zu verarbeiten, die mittels derartigen Systemen bereitgestellt wurden.
• Konventionelle Sensorsysteme enthalten typischerweise Halbleiter-Detektionseinrichtungen, welche mehrere hunderttausende von individuellen Bildelementen oder Pixeln bereitstellen. Die Sammlung der Pixel kann mittels einer zweidimensionalen Brennebene eines starren Sensors mittels bei einer eindimensionalen Linie von Detektoren eines Abtastsensors bereitgestellt werden.
• Jeder Pixel ist im wesentlichen ein Signal, das durch den Sensor für einen bestimmten Punkt in seinem Blickfeld empfangen wurde. Konventionelle Verarbeitungstechniken umfassen Operationen mit den empfangenen Signalen, um die Qualität eines sich ergebenen zusammengesetzten Bildes zu verbessern. Das heißt, daß das Signal für jedes Pixel typischerweise verarbeitet wird, um das Signal-zu-Rauschverhältnis (SNR) zu verbessern und um dadurch die Qualität des detekten Bildes zu erhöhen. In vielen Systemen werden für jeden Punkt in einer Szenerie Signale von benachbarten Pixeln mit einem angepaßten Filter gefaltet, der mit der vom System definierten Unschärfefunktion in Beziehung steht. Dies ermöglicht einen korrigierten Signalwert für den Punkt, welcher für die Bildverbesserung verwendet wird. Dieses Filterverfahren wird auf jeden Punkt in der Szenerie angewendet, bis die gesamte Szenerie gefiltert ist, woraufhin das Verfahren wiederholt wird.
• Gegenwärtige Technologien zur Herstellung derartiger Arrays stellen Pixelgrößen bereit, die kleiner sind als der typische Unschärfespot, welcher durch die Abbildungsoptiken des Sensors erzeugt wird. Demgemäß sind konventionelle Filtertechniken sehr zeitintensiv und benötigen eine erhebliche Verarbeitung. Daher besteht ein anerkannter Bedarf im Stand der Technik daran, die Verarbeitungseffizienz von aktiven und passiven Bildverarbeitungssystemen zu verbessern.
• Ein Bereich potentieller Verbesserung liegt in dem örtlichen oder Pixel-Abtastnetz. Gegenwärtige Systeme verwenden ein rechteckiges (oder quadratisches) Netz. Es ist gezeigt worden, daß für eine kreisförmige Unschärfefunktion ein rechtwinkliges Abtastnetz weniger effizient ist als ein hexagonales Netz von Pixeln oder Detektorelementen. Beispielsweise zeigten Peterson und Middleton, daß für die Signalrekonstruktion das am meisten effiziente Netz, d. h. das Netz mit der kleinsten Anzahl von Abtastpunkten, um eine exakte Reproduktion einer kreisförmigen, wellenzahl-begrenzten Funktion zu erreichen, hexagonal und nicht rechteckig ist. Vergleiche hierzu "Sampling and Reconstruction of Wave- Number-Limited Functions in N-Dimensional Euclidean Spaces", von D. P. Peterson und D. Middleton, Information and Control, vol. 5, 1962, Seiten 279 bis 323. Vergleiche desweiteren "Resolution, Signal-to-Noise Ratio, and Measurement Precision", von D. L. Fried, J. Opt. Soc. Am., vol. 69, no. 3, März 1979, Seiten 399 bis 406 sowie "The Processing of Hexagonally Sampled Two-Dimensional Signals", von R. M. Mersereau, Proceedings of the IEEE, vol. 67, Juni 1979, Seiten 930 bis 949.
• Eine aus dem Stand der Technik bekannte Lösung für die Bereitstellung eines hexagonalen Netzes von Pixeln ist beschrieben in "Process of the 1985 International Conference on Parallel Processing, 20.-23. August 1985, IEEE Computer Society Press, New York, US" von R.H. Steinvorth et al: "An architecture for a video rate fuzzy GOLAY processor", Seiten 576 bis 582. In diesem Papier wird vorgeschlagen, ein reguläres quadratisches schachbrettartiges Bild zu untertasten, um eine Näherung eines schachbrettartigen Bildes hexagonaler Form zu bekommen. Die Proben werden immer vom übernächsten Pixel in jeder Zeile entnommen und jede zweite Zeile wird abgelegt. Das Prozessorsystem tastet dann das Bild Pixel für Pixel in Zeilen ab, wobei es an der oberen linken Seitenecke beginnt. Die abgetasteten Pixel werden in ein Registerarray geschoben, wobei eine ebene Verschiebungsbewegung mit der gleichen Rate verwendet wird, in der sie aus dem Bildspeicher ausgelesen werden.
• Während diese bekannten Techniken einerseits die Theorie von hexagonaler Abtastung oder andererseits nachwievor einen erheblichen Betrag an Verarbeitung benötigen, verbleibt in dem Stand der Technik ein Bedarf an ein Verfahren und an eine Vorrichtung, die ein hexagonales Abtastnetz erzeugen und es für die aktive und passive Detektion mit einem Abtastsensor verwenden.
• Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß dem Anspruch 1 und durch ein Verfahren gemäß dem Anspruch 6 gelöst.
• Der zuvor angesprochene Bedarf im Stand der Technik wird durch ein Bildverarbeitungsverfahren und ein System gemäß der vorliegenden Erfindung gedeckt. Die vorliegende Erfindung erhöht die örtliche Abtasteffizienz von Abtastsensorsystemen, welche einen kreisförmigen oder eliptischen Unschärfespot auf einem Brennebenenarray von Detektoren erzeugen. Das Bildverarbeitungssystem der vorliegenden Erfindung ist für die Verwendung in einem System angepaßt, welches Vorrichtungen zum Speichern einer Mehrzahl von Ausgangsdatenproben aus einem Abtastbilddetektor in einem planaren Array aufweist. Das System der Erfindung erzeugt erste und zweite hexagonale Abtastmuster innerhalb eines Fensters auf dem Array. Die hexagonalen Abtastmuster enthalten einen ersten Satz von Datenproben mit einer Mehrzahl von peripheren Datenproben, welche jedes Hexagon definieren, sowie eine Datenprobe in dem Zentrum des Hexagons. Die ersten und zweiten hexagonalen Abtastmuster teilen eine gemeinsame Datenprobe. Die Erzeugung der hexagonalen Abtastmuster wird erreicht, in dem das Abtasten der Abtastbilddetektoren zeitlich abgestimmt wird.
• Die vorliegende Erfindung überträgt eine Gewichtung auf jede Datenprobe innerhalb eines jeden der hexagonalen Abtastmuster und führt eine Faltungsoperation mit den Hexagonen durch, um einen Endwert für die Übertragung zu der gemeinsamen peripheren Datenprobe bereitzustellen. Die Faltungsoperation wird durchgeführt, in dem jede Datenprobe in jedem Hexagon mit einer benachbarten oder partiell überlappenden Datenprobe in dem Hexagon gekoppelt wird. Die Kopplung wird bewirkt, in dem die Produkte der Gewichtungen, die mit jeder Datenprobe verbunden sind, und die assoziierten Datenproben für jedes gekoppelte Paar von Datenproben addiert werden, um erste, zweite, dritte und vierte Linien mit jeweils ersten, zweiten, dritten und vierten assoziierten Linienwerten bereitzustellen. Daraufhin wird jede Linie mit einer benachbarten Linie gekoppelt, in dem die assoziierten Linienwerte addiert werden, um erste und zweite Parallelogramme mit jeweils ersten und zweiten assoziierten Werten zu bilden. Die Parallelogramme werden dann gekoppelt, in dem die Parallelogrammwerte addiert werden, um ein drittes Hexagon mit einem assoziierten Wert bereitzustellen. Schließlich wird das erste und das zweite Hexagon gekoppelt, in dem assoziierte Hexagonwerte addiert werden, um den Endwert für die gemeinsame Datenprobe bereitzustellen.
• In einer besonderen Ausführungsform wird ein besonders einzigartiger und effizienter Betrieb dadurch erreicht, daß die Erfindung die Linien-, die Parallelogramm- und die Hexagonwerte für ein selektives Aufrufen und eine Verwendung während einer Faltungsoperation bezüglich einer nachfolgenden Datenprobe speichert. In einer spezielleren Ausführungsform wird eine weitere Verbesserung bezüglich der Effizienz durch die Übertragung von Abgriffgewichtungen (tap weights) auf die Datenproben erreicht, welche ganzzahlige Quadrate sind.
• Es zeigt:
• Fig. 1 ein Blockdiagramm eines typischen raumgestützten elektrooptischen Abtastsensorsystems,
• Fig. 2 a-c den Abtastbetrieb eines Detektorarrays,
• Fig. 2 d ein Brennebenenlayout für einen Abtastsensor,
• Fig. 3 a-c die Ausbreitung einer Punktquelle im Raum mittels eines optischen Abbildungssystemes und die sich ergebene Beleuchtung eines zentralen Pixels in einer rechteckigen und einer hexagonalen Pixelkonfiguration;
• Fig. 4 a die Erzeugung eines asymmetrischen Unschärfespots;
• Fig. 4 b die Filterstruktur und dazugehörende Gewichtungen für ein abgeschätztes rechteckiges Filter;
• Fig. 4 c die Filterstruktur und dazugehörende Gewichtungen für ein abgeschätztes hexagonales Filter;
• Fig. 5 a-b optimale rechteckige und hexagonale Netzfilter mit dazugehörenden Gewichtungen;
• Fig. 6 a-b abgeschätzte rechteckige und hexagonale Netzfilter mit dazugehörenden Gewichtungen;
• Fig. 7 a-d das Verfahren der Faltung von Hexagonen, um den Endsignalwert für ein Pixel bereit zustellen; und
• Fig. 8 den Aufruf- und erneuten Verwendungsbetrieb von zuvor bereits verarbeiteten Werten für nachfolgende Rechnungen.
• Ein Blockdiagramm eines typischen raumgestützten elektrooptischen Abtastsensorsystems 11 ist in Fig. 1 gezeigt. Eingangssignale, welche Ziel- und Hintergrundsstörzeichen enthalten, werden mittels eines konventionellen optischen Teleskopes 13 gesammelt und auf eine Brennebene mit einem Array von Sensoren 15 abgebildet. Das Sensorarray 15 enthält Säulen von Detektoren, welche die Eingangsenergie in elektrische Spannungssignale konvertieren. Wie im Stand der Technik wohl bekannt ist, können Brennebenenarrays mittels eines Arrays von starren Sensoren oder durch ein typischerweise kleineres Array eines Abtastsensors impletiert werden. Abtastenede Brennebenenarrays können als rechteckige Arrays mit individuellen Zeitverzögerungs- und Integrations-Sätzen (TDI) konfiguriert werden, welche in dem in Fig. 2a gezeigten Beispiel aus fünf Detektorelementen 16 bestehen. Der TDI-Satz 18 stellt einen Pixel des Eingangsvideosignals bereit. Wenn die Linie der TDI's das Blickfeld des Sensors abtastet, treten zwei Prozesse auf. Zunächst empfängt in jedem TDI-Satz jedes der fünf Detektorelemente Licht von dem gleichen Raumpunkt. Diese individuellen Signale müssen leicht verzögert werden, um miteinander in der Zeit ausgerichtet zu werden, um so eine nachfolgende Integration zu erlauben, um eine Endsignalprobe für das Pixelelement zu ergeben. Beispielsweise wird bei der Zeit t = T&sub0;, wobei T&sub0; ein Anfangsmoment in der Zeit ist, ein Objekt, welches als "X" dargestellt ist, zunächst von dem Detektor ganz rechts detektiert, der mit "e" bezeichnet ist. Wenn die Detektoren 16 bei der Zeit t = T&sub0; + dt abgetastet werden, wobei d die Zeit zwischen Abtastungen ist, hat der TDI-Satz 18 um ein Element nach rechts getastet, so daß das Ziel X von dem nächsten Element 16 detektiert wird, das mit "d" bezeichnet ist, und so weiter. Daher wird bei einer Abtastung nach rechts und unter der Annahme einer Probe pro Stillstand (dwell) jedes Element bei einem Offset von dt ausgelesen, so daß jeder Punkt im Raum letztlich fünfmal detektiert und kombiniert wird. Zweitens wird jeder TDI-Satz von Signalen bei einer gesetzten zweiten Zeitverzögerung D abgetastet, und zwar zwischen Pixeln, welche länger ist als die erste TDI-Verzögerung d innerhalb des TDI-Satzes (wo d = D für eine Probe pro Stillstand). Die TDI-Sätze werden kombiniert, wie in Fig. 2b gezeigt. Schließlich wird, in dem das eindimensionale Detektorarray abgetastet wird und die TDI-Sätze in der Kreuzabtastrichtung kombiniert werden, ein zweidimensionales rechteckiges Array von Pixeln 29 bei jedem kompleten Abtastzyklus erzeugt, was eine Karte des gesamten Blickfeldes bereitstellt.
• Fig. 2d zeigt ein typisches Brennebenenlayout der Detektoren 23 für einen Abtastsensor, welcher eine verschachtelte Abtastung bereitstellt. Aus Gründen der Einfachheit sind nur zwei Säulen von Detektoren 25 und 27 gezeigt. Die zwei Säulen der Detektoren 23 sind mit versetzten Zeilenzentren dargestellt. Die Säulen sind durch S Radianten getrennt. Wenn die Abtastrate gleich R Radianten pro Sekunde beträgt, wird die Zeitverzögerung d zwischen zwei Detektorsäulen, betrachtet als eine feste Linie im Raum parallel zu einer Detektorsäule, gleich S/R-Sekunden.
• Um ein rechteckiges Netz von Detektorproben 29 zu erzeugen, werden alle Detektoren 23 simultan bei einem ganzzahligen Bruchteil der Verzögerungszeit d (d. h. t = d/n) abgetastet, wobei t das Abtastintervall und n (eine ganzzahlige Konstante) die Anzahl der Proben in einem Stillstand (= der Zeit, in der ein Ziel in einem einzelnen Detektor ist) ist. Erneut wird das rechteckige Netz 29 erhalten, in dem Probenwerte von der führenden Detektorsäule verzögert werden, bis sie mit der nachlauf enden Säule ausgerichtet sind, d. h. um n Abtastzeiten. Da beide Detektorsäulen versetzte Zeilenzentren haben, enthalten die ausgerichteten Säulen verschachtelte Abtastzentren. Dies hat den Effekt der Verdoppelung der Ortsprobendichte in der Kreuzabtastrichtung zur Folge.
• Unter erneuter kurzer Bezugnahme auf Fig. 1 sei darauf hingewiesen, daß die Detektorausgangssignale durch einen Satz von Filtern (nicht dargestellt) in einem zeitabhängigen Prozessor (TDP) 17 verarbeitet werden. Wie im einzelnen noch genauer weiter unten diskutiert werden wird, sind die Filter typischerweise zweidimensionale Filter mit einem begrenzten Ansprechen auf einen Impuls (finite impulse response filter), welche an die ungefähr zu erwartete Form des Zielsignals angepaßt sind. Als ein Teil der Faltungsoperation, die von dem zeitabhängigen Prozessor durchgeführt wird, integrieren die Filter das Eingangssignal, so daß das Ausgangssignal von dem Filter groß wird, wenn ein Ziel in dem Blickfeld anwesend ist, wohingegen es sonst klein wird. Eine Zieldetektion wird erreicht, in dem die Ausgangssignale gekennzeichnet werden, welche eine bestimmte Detektionsschwelle überschreiten. Der Filterbetrieb wird kontinuierlich über das vollständige Gesichtsfeld wiederholt.
• Wenn ein Ziel detektiert wird, wird es und die ihn umgebene Umgebung zu einem objektabhängigen Prozessor (ODP) 19 übertragen. Der ODP 19 kann mit einem Mikroprozessor ausgestattet sein, wie es im Stand der Technik bekannt ist. Der ODP schätzt die verschiedenen Parameter, welche mit der Zieldetektion verbunden sind, wie beispielsweise die Anzahl der anwesenden Ziele, die Intensität und die Position der Ziele in der Brennebene, die Qualität der Ziele, etc. ab. Diese Abschätzungen werden zu einem missionsabhängigen Prozessor (XDP) 21 übertragen. Der MDP 21 kombiniert eine Vielzahl von Rahmen (Momentaufnahmen) von Zieldaten in Spuren, welche eine Zeithistorie des Pfades eines Zieles enthalten. Nachrichten, welche für eine gegebene Mission geeignet sind, werden als eine Funktion der detektierten Zielspuren erzeugt und werden, wie benötigt, ausgegeben.
• Ein typisches optisches Abbildungssystem führt eine Verbreiterung einer Punktquelle im Raum ein, vergleiche Fig. 3a. Energie von einer Punktquelle wird durch die Abbildungsoptiken zu einer Brennebene übertragen, wo sie als ein Unschärfespot erscheint, der die Intensitätsverteilung der gezeigten Seiten- und Frontansicht hat. Dies zeigt, wie ein Teil der Energie von der Punktquelle ein Zentralpixel überfluten und einige seiner nächsten Nachbarn beleuchten kann. Fig. 3b ist für den Ausgang des Brennebenenarrays für die gezeigte Intensitätsverteilung repräsentativ. In dem einfachsten Fall erzeugt der Abtastsensor eine Reihe von Pixeln, in der die relative Länge des Pixels die gleiche in sowohl der In-Abtastrichtung als auch der Kreuz-Abtastrichtung ist. In diesem Fall würde der Unschärfespot innerhalb des Arrays eine kreisförmige Symmetrie haben. Wenn die Pixel von der konventionellen rechteckigen Konfiguration sind, würde ein Pixel 8 nächste Nachbarn haben. Der zuvor erwähnte Faltungsprozeß würde, in der einfachsten Form, die Multiplikation von allen neun Pixeln mit Gewichtungsfaktoren zur Folge haben, welche Abgriffgewichtungen (tap weights) genannt werden. Das Produkt der Proben und der Abgriffgewichtungen würde zusammenaddiert werden, um den Endwert für das zentrale Pixel bereitzustellen. Dieser Prozeß setzt sich über die gesamte Pixelmatrix fort, und bei dem nächsten Zyklus, wenn das Array erneuert wird, beginnt der Prozeß erneut.
• Die Menge an Verarbeitung, die von dem TDP 17 für ein System dieses Typs benötigt wird, ist eine Funktion der Anzahl der Detektoren in dem Sensor und der Rate, bei der sie abgetastet werden. Wie ausführlicher weiter unten diskutiert werden wird, besteht ein Aspekt der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung einer Verbesserung, mittels der diese Verarbeitungserfordernisse signifikant vermindern werden können. Diese Verbesserung wird teilweise durch ein vorteilhaftes hexagonales Array von Signalen oder Datenproben bereitgestellt. Ein Schlüsselaspekt der vorliegenden Erfindung liegt in der Erkenntnis, daß ein hexagonales Abtastnetz erzeugt werden kann, in dem die Abtastung der Detektoren zeitlich richtig erfolgt (by timing the sampling of the detectors). Das heißt, in dem die relativen Taktabtastzeiten verschoben werden kann erreicht werden, daß sich die effektive Ortsabtastposition verschiebt. Mit den geeigneten relativen Abtastzeiten zwischen den zwei Takten kann die hexagonale Abtaststruktur erhalten werden. Mit dieser Erkenntnis wird die richtige zeitliche Ansteuerung von einem Fachmann leicht erkannt werden. Das heißt, daß das hexagonale Abtastnetz 31 erzeugt wird, in dem die zwei Detektorsäulen mit zwei Takten abgetastet werden, die um 180º phasenverschoben in der In- Abtastrichtung sind. Die zeitliche Ansteuerung der zwei Takte wird so durch das Brennebenenarray 15 gesteuert.
• Die sich ergebene Staffelung der Pixel über die Brennebene stellt eine hexagonale Anordnung der Pixel auf der Brennebene bereit und führt zu einem effizienteren Abtast- und Verarbeitungsalgorithmus. Mit dem hexagonalen Abtastnetz 30 weist das zentrale Pixel für den gleichen Bereich nun nur sechs nächste Nachbarn anstelle von acht auf. In diesem Fall wird für den einfachsten Fall der Faltungsalgorithmus nur sieben Multiplikationen und Addierungen anstelle von neun aufweisen, wie für den rechteckigen Fall.
• Die Fig. 4a, b und c zeigen die Erzeugung eines asymmetrischen Unschärfespots, und zwar von einem außenaxialen Sensor oder einer großen Anzahl von Proben pro Stillstand, und jeweils ein rechteckiges Abtastnetz 29 und ein hexagonales Abtastnetz 31. Beide Netze 29 und 31 sind für asymmetrische Unschärfespots entworfen worden.
• Wenn die Abtastnetze 29 und 31 mit den Abgriffgewichtungen 33 vervollständigt worden sind, stellen sie jeweils Filter 34 und 36 oder 38 und 40 für den zeitabhängigen Prozessor 17 bereit, vergleiche Fig. 5. Der TDP 17 verwendet die Filter, um die Datenproben von dem Brennebenenarray 15 zu falten, um das TDP-Ausgangssignal bereitzustellen. Jedes Filter arbeitet innerhalb eines Fensters (nicht dargestellt), welches sequentiell über das Array von Datenproben bewegt wird, die von dem Brennebenenarray 15 bereitgestellt werden. Die Struktur eines typischen angepaßten Filters 34 basiert für einen nichtsymmetrischen Unschärfespot auf einem rechteckigen Netz 29, welches in Fig. 5a dargestellt ist. Die Struktur eines typischen angepaßten Filters 36 für einen nichtsymmetrischen Unschärfespot basiert auf einen hexagonalen Netz 31, das in Fig. 5b dargestellt ist.
• Das hexagonale Netz 31 ist aus zwei Hexagons 35 und 37 zusammengesetzt, welche jeweils durch sechs periphere Datenproben 39 und einer zentralen Datenprobe 41 zusammengesetzt sind. Die zwei Hexagons 35 und 37 teilen eine gemeinsame periphere Datenprobe 43. Die Filter in den Fig. 5a und 5b sind so angepaßt, daß die Filtergewichtungen 33 im Hinblick auf eine optimale Filtereffizienz ausgewählt werden. Der Fachmann wird erkennen, daß ein Merkmal der vorliegenden Erfindung in der Realisation von Filtern 29 und 31 mit Filtergewichtungen 33 für die Datenproben 39 liegt, welche Vielfache von Zweierpotenzen sind. Daher zeigen die Fig. 6a und 6b genäherte rechteckige und hexagonale Netzfilter 29 und 31, welche mit Filtergewichtungen aufgebaut worden sind, die ganzzahlige Zweierpotenzen sind. Diese Gewichtungen erlauben eine effiziente wenn auch nicht optimale Leistungsfähigkeit der Filter und benötigen nur Verschiebungen und Additionen anstelle von Verschiebungen und Additionen und Multiplikationen, welche von einem idealen angepaßten Filter benötigt werden.
• Da die genäherten Filter im Hinblick auf die Signalamplitude nicht angepaßt sind, ist das Ausgangssignal zu Rauschverhältnis (SNR) der genäherten Filter niedriger als das der ideal angepaßten Filter. Indessen ist herausgefunden worden, daß das Ausgangs-SNR nur leicht verschlechtert ist, da die genäherten Filter im Hinblick auf Amplituden-Fehlanpassungen sehr tolerant sind. Daher kann eine befriedigende Leistungsfähigkeit in den genäherten elektrooptischen Punktquellenfiltern mit signifikant verminderten Einsatzkosten erzielt werden. Das genäherte hexagonale Filter von Fig. 6b besteht aus 13 Abgriffgewichtungen. Die drei zentralen Datenpunkte haben eine Gewichtung von 2, während die zehn umgebenden Gewichtungen die von 1 haben. Diese Gewichtungen werden mittels Techniken übertragen, welche im Stand der Technik bekannt sind und welche unter Berücksichtigung der Charakteristiken des Sensors ausgewählt werden. Insofern sind die ganz zahligen Gewichtungen anwendungsabhängig.
• Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Verbesserung in dem Verfahren, welches verwendet wird, um diese Signale zu verarbeiten, und die eine erhebliche Verminderung der Größe, des Gewichtes und der Leistung der Verarbeitungsausrüstung mit sich bringt, die für viele Anwendungen benötigt wird. Das vorteilhafte Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme zu dem asymmetrischen Abtastnetz durchgeführt, obgleich der Fachmann erkennen wird, daß die hier bereitgestellte Lehre auch auf den erheblich einfacheren Fall des perfekt symmetrischen Hexagons anwendbar ist.
• Gemäß dem vorteilhaften Verfahren der vorliegenden Erfindung faltet der zeitabhängige Prozessor 17 das erste und das zweite Hexagon 35 und 37 miteinander, um einen Endwert für die Übertragung für die Datenprobe am gemeinsamen peripheren Abgriff bereitzustellen. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist in den Fig. 7a bis 7d gezeigt und enthält die Schritte:
• i) Koppeln benachbarter Punkte, in dem das Produkt einer jeden Abgriffgewichtung der dazugehörigen Datenprobe mit dem Produkt einer benachbarten Abgriffgewichtung und Datenprobe addiert wird, um acht Linienwerte bereitzustellen, die den acht 600 Liniensegmenten entsprechen, die in Fig. 7b gezeigt sind;
• ii) Koppeln benachbarter Linien, in dem entsprechenden Werte addiert werden, um vier Parallelogrammwerte bereitzustellen, welche den vier schattierten Parallelogrammen entsprechen, die in Fig. 7c gezeigt sind;
• iii) Koppeln der vier Parallelogramme, in dem die entsprechenden Parallelogrammwerte addiert werden, um zwei Hexagonwerte bereitzustellen, welche den Hexagonen entsprechen, die in Fig. 7d schattiert dargestellt sind;
• iv) Koppeln der zwei Hexagone (vergleiche Fig. 7d), in dem die entsprechenden Hexagonwerte addiert werden, um einen Endwert für das zentrale Pixel "g" bereitzustellen. Dieser Endwert stellt den Signalausgang dar.
• Die vorliegende Erfindung minimiert zeitintensive Multiplikationen und erlaubt es, verschiedene Zwischenadditionen neu zu verwenden. Daher erhöht die vorliegende Erfindung die Ortsabtasteffizienz des Abtastsensorsystems, das einen kreisförmigen oder elliptischen Unschärfespot auf einem Brennebenenarray von Detektoren erzeugt (die Ortsabtasteffizienz ist ein Maß der Anzahl von Proben von Detektorausgängen, welche verwendet werden, um eine spezifizierte optische Empfindlichkeit für ein Objekt innerhalb des Blickfeldes der Detektoren zu erzeugen). Wie in Fig. 8 gezeigt, können durch die Speicherung von Zwischenadditionen (viz.), nämlich die Zwischenlinie, das Parallelogramm und die Hexagonwerte, diese Werte erneut aufgerufen und in nachfolgenden Berechnungen erneut verwendet werden. Das heißt, um einen Ausgang für einen neuen Punkt "n" zu erzeugen, wird der Wert des zuvor errechneten Hexagons 70 aus einem Speicher aufgerufen, zusammen mit dem Wert für das Parallelogramm 73 und die Linie 74. Die Linie 74 wird zusammen mit der neuen Linie 76 kombiniert, die mit der neuen Probe 78 gebildet wurde, um ein neues Parallelogramm 80 zu bilden. Der Wert des neuen Parallelogramms 80 wird mit dem gespeicherten Wert für das Parallelogramm 72 kombiniert, um einen neuen Hexagonwert 82 zu erzeugen. Der Wert für das neue Hexagon 82 wird zu dem gespeicherten Wert für das Hexagon 70 addiert, um den Endwert für den Punkt "n" zu erzeugen.

Claims (11)

1. Ein Bildverarbeitungssystem (TDP) in einem System, welches Vorrichtungen zum Speichern einer Mehrzahl von Ausgangsdatenproben von einem Sensor in einem planaren Array aufweist, mit:

Vorrichtungen zum Erzeugen von ersten (35) und zweiten (37) hexagonalen Abtastmustern innerhalb eines Fensters auf dem Array, wobei die hexagonalen Abtastmuster eine Mehrzahl von peripheren Datenproben (39) enthalten, die jedes Hexagon definieren, und eine Datenprobe (41) in dem Zentrum des Hexagons, wobei die ersten und zweiten hexagonalen Abtastmuster eine gemeinsame Datenprobe (43) teilen, worin

die Vorrichtungen zum Erzeugen der ersten (35) und zweiten (37) hexagonalen Abtastmuster Vorrichtungen zum zeitlich richtigen Ansteuern des Abtastens des Arrays von Datenproben enthalten, in dem die relativen Taktabtastzeiten verschoben werden, was zu einer verschobenen Ortsabtastposition führt, die dem hexagonalen Abtastmustern entspricht;

Vorrichtungen zum Übertragen einer Gewichtung (33) auf jede Datenprobe innerhalb eines Fensters; und

Vorrichtungen zum Falten des ersten und zweiten hexagonalen Abtastmusters, um einen Endwert für die Übertragung auf die Datenprobe (43) bei der gemeinsamen peripheren Datenprobe bereitzustellen, wobei die Vorrichtungen zum Falten des ersten und zweiten hexagonalen Abtastmusters enthalten:

a) Vorrichtungen zum Koppeln jeder Datenprobe in jedem Hexagon mit einer benachbarten Datenprobe in dem Hexagon, in dem die Produkte der Gewichtungen, welche mit jeder Datenprobe verbunden sind und der verbundene Datenprobenwert für jedes gekoppelte Paar von Datenproben addiert werden, um erste, zweite, dritte und vierte Linien mit jeweils ersten, zweiten, dritten und vierten verbundenen Linienwerten bereit zustellen;

b) Vorrichtungen zum Koppeln jeder Linie mit einer benachbarten Linie, in dem die Linienwerte, welche mit ihnen verbunden sind, addiert werden, um erste und zweite Parallelogramme mit jeweils ersten und zweiten dazugehörigen Werten zu bilden;

c) Vorrichtungen zum Koppeln der Parallelogramme, in dem die Parallelogrammwerte addiert werden, um das Hexagon mit einen dazugehörigen Wert bereitzustellen; und

d) Vorrichtungen zum Koppeln des ersten und des zweiten Hexagons, in dem die dazugehörenden Hexagonwerte addiert werden, um den Endwert für die gemeinsame Datenprobe bereitzustellen.

2. Das Bildverarbeitungssystem nach Anspruch 1, welches Vorrichtungen zum Speichern der Linienwerte, der Parallelogrammwerte und der Hexagonwerte enthält.

3. Das Bildverarbeitungssystem nach Anspruch 2, das Vorrichtungen zum selektiven Aufrufen der Werte enthält.

4. Das Bildverarbeitungssystem nach Anspruch 1, das Vorrichtungen zum Bereitstellen von Gewichtungen enthält, welche ganzzahlige Zweierpotenzen sind.

5. Ein Filter mit-einem begrenzten Ansprechen auf einen Impuls (TDP) zur Verwendung mit einer Vorrichtung zum Digitalisieren und Speichern einer Mehrzahl von Ausgangsdatenproben von einem Abtastbilddetektor in einem planaren Array, wobei der Filter mit dem begrenzten Ansprechen auf einen Impuls ein Bildverarbeitungssystem nach einem der vorigen Ansprüche 1 bis 4 verwendet, mit:

Vorrichtungen zum Bewegen des Fensters über das Array, um einen Endwert für andere Datenproben innerhalb des Arrays zu errechnen.

6. Ein Verfahren zur Verarbeitung von Bilddaten zur Verwendung mit Vorrichtungen zum Speichern einer Mehrzahl von Ausgangsdatenproben von einem Abtastbilddetektor in einem planaren Array, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:

a) Erzeugen von ersten (35) und zweiten (37) hexagonalen Abtastmustern innerhalb eines Fensters auf dem Array, wobei die hexagonalen Abtastmuster einen ersten Satz von Datenproben enthalten, die eine Mehrzahl von peripheren Datenproben (39) enthalten, welche jedes Hexagon definieren, sowie eine Datenprobe (41) in dem Zentrum des Hexagons, wobei die ersten und zweiten Abtastmuster eine gemeinsame Datenprobe (43) teilen, wobei der Schritt des ersten und zweiten hexagonalen Abtastens den Schritt des zeitlich richtigen Ansteuerns des Abtastens des Arrays von Datenproben enthält, in dem die relativen Taktabtastzeiten verschoben werden, was zu einer verschobenen Ortsabtastposition führt, die den hexagonalen Abtastmustern entspricht;

b) Übertragen einer Gewichtung auf jede Datenprobe innerhalb jedes der ersten und zweiten hexagonalen Abtastmuster;

c) Falten der ersten und zweiten hexagonalen Abtastmustern miteinander, um einen Endwert für die Übertragung auf die gemeinsame Datenprobe bereitzustellen, das die Schritte aufweist:

c1) Koppeln jeder Datenprobe in jedem Hexagon mit einer benachbarten Datenprobe in dem Hexagon, in dem die Produkte der Gewichtungen, welche mit jeder Datenprobe verbunden sind und die dazugehörige Datenprobe für jedes gekoppelte Paar von Datenproben addiert werden, um erste, zweite, dritte und vierte Linien mit jeweils ersten, zweiten, dritten und vierten dazugehörenden Linienwerten bereitzustellen;

c2) Koppeln jeder Linie mit einer benachbarten Linie, in dem die mit ihnen verbundenen Linienwerte addiert werden, um erste und zweite Parallelogramme mit jeweils ersten und zweiten dazugehörigen Werten zu bilden;

c3) Koppeln der Parallelogramme durch Addieren der Parallelogrammwerte, um ein Hexagon mit einem dazugehörenden Wert bereitzustellen; und

c4) Koppeln des ersten und des zweiten Hexagons, in dem die dazugehörenden Hexagonwerte addiert werden, um einen gemeinsamen Endwert für die gemeinsame Datenprobe bereitzustellen.

7. Das Bildverarbeitungsverfahren nach Anspruch 6, welches des weiteren die Schritte des Speicherns der Linienwerte, der Parallelogrammwerte und der Hexagonwerte enthält.

8. Das Bildverarbeitungsverfahren nach Anspruch 7, welches den Schritt des selektiven Aufrufens der Werte enthält.

9. Das Bildverarbeitungsverfahren nach Anspruch 8, welches den Schritt des Bereitstellens von Gewichtungen enthält, welche ganzzahlige Zweierpotenzen sind.

10. Das Bildverarbeitungsverfahren nach Anspruch 7, welches die Schritte enthält:

d) zeitlich richtiges Ansteuern des Abtastens der Abtastbilddetektoren, um einen zweiten Satz von Datenproben zur Kombination mit wenigstens einigen der ersten Datenproben bereitzustellen, um ein drittes hexagonales Abtastmuster benachbart zu dem zweiten hexagonalen Abtastmuster bereitzustellen, wobei sich beide Muster innerhalb eines zweiten Fensters auf dem Array befinden, wobei die hexagonalen Abtastmuster eine Mehrzahl von peripheren Datenproben enthalten, die jedes Hexagon definieren, und eine Datenprobe in dem Zentrum des Hexagons, wobei die zweiten und dritten hexagonalen Abtastmuster eine zweite gemeinsame Datenprobe innerhalb des Fensters teilen;

e) Übertragen einer Gewichtung auf jede Datenprobe innerhalb des dritten Satzes von Datenproben;

f) Falten der hexagonalen Abtastmuster miteinander, um einen Endwert für die Übertragung für die zweite gemeinsame Datenprobe bereitzustellen, was die Schritte enthält:

f1) Koppeln einer Datenprobe aus dem zweiten Satz von Datenproben mit einer Datenprobe aus dem ersten Satz von Datenproben, in dem die mit ihnen verbundenen Gewichtungen addiert werden, um eine fünfte Linie mit einem dazugehörenden Linienwert bereitzustellen;

f2) Aufrufen eines gespeicherten Linienwertes und Addieren von ihm zu dem fünften Linienwert, um ein drittes Parallelogramm mit einem dazugehörenden Parallelogrammwert bereitzustellen;

f3) Aufrufen eines gespeicherten Parallelogrammwertes und Addieren von ihm zu dem dritten Parallelogrammwert, um einen zweiten Hexagonwert bereitzustellen; und

f4) Aufrufen eines gespeicherten Hexagonwerts und Addieren von ihm zu dem zweiten Hexagonwert, um einen Endwert für den zweiten gemeinsamen Peripheriepunkt bereitzustellen.

11. Das Bildverarbeitungsverfahren nach Anspruch 6, worin der Schritt des Erzeugens eines hexagonalen Abtastmusters mit dem Abtastbilddetektor die Schritte enthält:

a) Bereitstellen eines ersten Satzes von Detektoren (25) zum Abtasten einer vorher bestimmten Richtung;

b) Bereitstellen eines zweiten Satzes von Detektoren (27), welche relativ zu dem ersten Satz von Abtastdetektoren verschachtelt sind, um in der vorher bestimmten Richtung abzutasten;

c) Abtasten des ersten Satzes von Abtastdetektoren um eine Mehrzahl von Datenproben bereitzustellen; und

d) zeitlich richtiges Ansteuern des Abtastens des zweiten Satzes von Abtastdetektoren, um eine zweite Mehrzahl von Datenproben bereitzustellen welche, wenn sie mit der ersten Mehrzahl von Datenproben kombiniert wird, das hexagonale Abtastnetz (31) bereitstellt.