DE3937427A1 - Bildverarbeitungsgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Bildverarbeitungsgerät.

Mit dem Bildverarbeitungsgerät soll der Abstand zwischen einem Beobachter und einem Objekt und zusätzlich oder alternativ dazu die Größe des Objekts erfaßt werden.

Konventionelle Techniken zum Messen des Abstandes zwischen einem Beobachter und einem Objekt verwenden Laser- oder Radar- Strahlen. Obwohl diese Messungen sehr genau durchgeführt werden können, haben sie den Nachteil, daß für das Objekt die Anwesen­ heit eines Beobachters erkennbar wird. Bei Tankern, Flugzeugen und Schiffen ist es bekannt, diese mit Laser- und Radardetektoren auszurüsten, die einen Alarm erzeugen, wenn Laser- oder Radar- Strahlen erfaßt werden, die von einem Beobachter ausgehen. Diese Detektoren können direkt für Gegenmaßnahmen gegen die Laser- oder Radarquelle verwendet werden, beispielsweise zur Steuerung von Abwehrraketen.

Es besteht die Aufgabe, das Bildverarbeitungsgerät so auszubilden, daß von ihm keine Strahlung ausgeht und damit der Beobachter un­ erkannt bleibt.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprü­ chen entnehmbar.

Das Bildverarbeitungsgerät weist einen Speicher auf, der Infor­ mationen über das topographische Aussehen des zu beobachtenden Bereichs speichert. Ein Sensor beispielsweise in Form einer Fernsehkamera erfaßt mindestens einen Teil dieses Bereichs in seiner perspektivischen Erscheinung und liefert Informationen über den Ort eines Objekts im Blickfeld dieses Sensors. Das Gerät bestimmt den Schnittpunkt der Sichtlinie des Sensors zum Objekt mit der gespeicherten topographischen Landschaft und bestimmt den Abstand zum Objekt aufgrund des Orts des Sensors in der ge­ speicherten Landschaft relativ zum Schnittpunkt der Sichtlinie mit dieser gespeicherten Landschaft. Das Gerät kann einen Objekt­ datenspeicher enthalten, in welchem Informationen über Objekte im zu beobachtenden Bereich enthalten sind. Ein Komparator kann die Ausgangssignale des Sensors mit Informationen des Objekt­ datenspeichers vergleichen, womit eine Identifikation eines be­ obachteten Objekts möglich ist. Die im Speicher gespeicherten Informationen über ein so erkanntes Objekt können sodann zur Anzeige gebracht werden. Hierbei kann der Komparator Ausgangs­ signale erzeugen über ein neues Objekt, das nicht im Datenspei­ cher gespeichert ist. Die Informationen im Objektdatenspeicher können Informationen über den Ort des Objekts im beobachteten Bereich enthalten. Das Gerät kann eine Einheit aufweisen, die Informationen in bezug auf den Ort des Sensors liefert. Das Ge­ rät kann eine Anzeige des Abstands zu einem identifizierten Objekt durch trigonometrische Berechnung aufgrund der Informa­ tionen über den Ort des Objekts und den Ort des Sensors liefern.

Der Objektdatenspeicher enthält bevorzugt Informationen über die Größe des Objekts im zu beobachtenden Bereich. Das Gerät kann den Winkel erfassen, mit dem der Sensor ein zu beobachtendes Objekt sieht und kann aufgrund der gespeicherten Größe und auf­ grund des Winkels, das das Objekt, gesehen vom Sensor, einnimmt, den Abstand zum Objekt berechnen.

Das Gerät kann eine Einheit enthalten, das eine Anzeige über den Winkel liefert, mit dem ein Objekt vom Sensor gesehen wird und kann somit eine Anzeige über die Größe des Objekts aufgrund des eingenommenen Winkels und des Abstands zum Objekt liefern.

Der Objektdatenspeicher kann Informationen über das Erscheinungs­ bild und den Ort eines Objekts in einem zu beobachtenden Bereich speichern. Der Sensor erfaßt mindestens einen Teil dieses Bereichs. Ein Komparator vergleicht die Ausgangssignale des Sensors mit den Informationen im Datenspeicher zur Identifi­ kation eines erfaßten Objekts und gibt Informationen über dessen Ort aus. Eine Einheit gibt Informationen über den Ort des Sensors ab und diese Einheit errechnet den Abstand zum Objekt aufgrund der Informationen über den Ort des Objekts und den Ort des Sen­ sors.

Zusätzlich kann der Speicher die Größe des Objekts speichern, wobei dann die vorerwähnte Einheit in der Lage ist, Informa­ tionen über die Größe eines erfaßten Objekts zu liefern.

Ein Bildverarbeitungsgerät und sein Betrieb bei einem Flugzeug werden als Ausführungsbeispiel nachfolgend anhand der Zeich­ nungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Seitenansicht eines über Grund flie­ genden Flugzeugs;

Fig. 2 ein Blockschaltbild des Geräts und

Fig. 3 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise des Geräts.

Die Fig. 1 zeigt ein Flugzeug P das in einer Höhe H über dem Grund G und in einer Flughöhe A über Meeresspiegel fliegt. Der Grund G weist eine unebene Oberfläche oder Topologie auf. Das Bildverarbeitungsgerät im Flugzeug P ist gerichtet auf ein Objekt O am Grund G vor dem Flugzeug. Das Objekt O liegt vom Flugzeug aus gesehen auf einer Linie R und nimmt einen Winkel R ein.

Gemäß Fig. 2 umfaßt das Bildverarbeitungsgerät eine Infrarot- oder andere Fernsehkamera 1, die an einer Flugzeugstruktur 2 befestigt ist und deren Blickwinkel durch ein Betätigungsorgan 3 gesteuert wird. Die Steuerung des Blickwinkels und der Ab­ tastung der Kamera 1 wird bewirkt durch eine Prozeßeinheit 4, der die Bildausgangssignale der Kamera über die Leitung 5 zuge­ führt werden. Das Betätigungsorgan 3 wird von einer Kameraan­ triebseinheit 6 über eine mechanische Abtaststeuerung 7 und einen Verstärker 8 angetrieben. Vom Betätigungsorgan 3 führt eine Rückkopplungsleitung 9 zur Antriebseinheit 6. Die elek­ tronische Abtastung der Kamera 1 wird ebenfalls von der An­ triebseinheit 6 über eine elektronische Abtaststeuerung 10 ge­ steuert, wobei von der Kamera 1 zur Antriebseinheit 6 eine Rückkopplungsleitung 11 führt. Die Signale der Leitung 5 werden einem Bildgeschwindigkeitskompensator 40 zugeführt, welcher vom Ausgang eines Plattformbewegungskompensationssystems 41 ge­ steuert wird. Der Ausgang des Plattformbewegungskompensations­ systems 41 ist weiterhin verbunden mit einer Plattformbewe­ gungskompensationseinheit 12, deren Ausgang mit der Kameraan­ triebseinheit 6 verbunden ist, so daß die Kameraziellinie bei Bewegungen des Flugzeugs korrigiert wird. Die Kammerabewegungs­ steuerung weist eine hohe Auflösung und eine hohe Frequenz auf und kann zusammen mit der Kamera 1 an einem Flügel des Flugzeugs befestigt sein. Nach der Geschwindigkeitskompensation werden die Bildsignale einer optischen Fehlerkompensationseinheit 42 zuge­ führt, welche Linsendefekte und ähnliches in Übereinstimmung mit Daten kompensiert, die diese optischen Korrekturen betreffen und die in einem Speicher 43 gespeichert sind.

Nach diesen beiden Kompensationsschritten werden die Signale einer Einheit 44 zugeführt, bei der es sich um ein Vorfilter 44 für erwartete Objekte handelt, Dieses Vorfilter 44 erhält Ein­ gänge zum Vergleich von den Objektdatenspeichern 73, 74 und 75 über einen Objektdatenspeichernavigator 45. Die Speicher 73, 74 und 75 enthalten Daten bezüglich des Aussehens erwarteter Ob­ jekte in Ebene, ihrer Größe und ihres Orts. Der Objektdaten­ speichernavigator 45 empfängt Informationen von einem Flug­ höhensensor 47 für die Flughöhe über Meeresspiegel, von einem Positionssensor 48 und von einem Höhensensor 49 für die Flughöhe über Grund, zusammen mit Kameraziellinienrückkopplungsinfor­ mationen über die Leitung 50 von der Kameraantriebseinheit 6. Der Navigator 45 verwendet diese Informationen zur Identifikation der entsprechenden Speicherstellen innerhalb der Speicher 73, 74 und 75 die möglicherweise Daten von Objekten enthalten, die sich innerhalb des Blickfelds der Kamera 1 befinden. Der Höhensensor 47 und der Positionssensor 48 können Teil eines Trägheitsnavi­ gationssystems sein. Diese Daten werden dem Vorfilter 44 über einen bildperspektiven Generator 46 zugeführt, der die Daten­ speicherinformationen in die gleiche Perspektive transformiert, wie sie von der Kamera 1 gesehen werden. Der Bildgenerator 46 liefert weiterhin eine Information über das in Perspektive ge­ speicherte Bild zu einem weiteren Speicher 51.

Nach der Vorfilterung führt ein Bildkomparator-Objektdetektor 52 einen weiteren Vergleich der Bildinformation mit dem perspekti­ visch transformierten Bild in Speicher 51 durch. Der Detektor 52 kann hierbei eine konventionelle Mustererkennung und Abstimm­ techniken durchführen, wie sie bei der Bilderkennung bekannt sind. Bildinformationen über Objekte, die vom Vorfilter 44 mit aus­ reichender Sicherheit identifiziert wurden, können über die Lei­ tung 53 direkt dem Ausgang des Detektors 52 zugeführt werden. Eine Information über ein neues Objekt, d. h. über ein Objekt, das im Blickfeld der Kamera 1 vorhanden ist, nicht jedoch in den Objektdatenspeichern 73-75 gespeichert ist, wird vom Detektor 52 einem Neuobjektcharakterisierer 54 zugeführt. Der Charakteri­ sierer 54 ist mit seinem Ausgang über eine Formatierschaltung 55 mit einer Anzeigevorrichtung 56 verbunden. Auf diese Weise werden Informationen bezüglich der Eigenschaften eines neuen Objekts dargestellt. Hierdurch kann das Vorhandensein einer möglichen Gefährdung des Flugzeugs durch ein Objekt unbekannter Natur dargestellt werden.

Der Detektor 52 ist mit seinem Ausgang weiterhin verbunden in bezug auf identifizierte Objekte mit einem trigonometrischen Bereichs- und Größenprozessor 61, einem ikonometrischen Bereichs- und Größenprozessor 62 sowie einem kinematischen Bereichspro­ zessor 63. Weiterhin ist der Ausgang verbunden mit einem Bild­ extraktor 64, der den Winkel berechnet, mit welchem die Kamera 1 das Objekt sieht und der diese Information den Prozessoren 61 und 62 zuführt.

Die Prozessoren 61 und 62 erhalten weiterhin Eingangsinformationen von einer topographischen Landkarte 70 einer vorprogrammierten Intelligenzlandkarte 71 und einer Landkarte 72 für neue Objekte, die jeweils einem der Objektdatenspeicher 73-75 zugeordnet sind. Die topographische Landkarte 70 enthält Informationen über die Topographie, d.h. über die Kontur der Landschaft sowie über permanente Merkmale in der Landschaft, denen Informationen über den Ort anderer Objekte überlagert sind, die mehr vorübergehen­ der Art sind. Die Intelligenzlandkarte 71 enthält zusätzliche In­ formationen über den Ort von Objekten innerhalb der Topographie- Landkarte, welche gesammelt und gespeichert werden, unmittelbar bevor der Flug beginnt, um die Daten der Landkarteninformation auf den neuesten Stand zu bringen. Die Landkarte 72 für neue Objekte 72 und ihr zugeordneter Datenspeicher 75 werden mit In­ formationen geladen, die von externen Quellen stammen wie bei­ spielsweise von Datenleitungen oder vom Neuobjektcharakterisie­ rer 54. Weitere dort eingebbare Daten sind Eingaben von der Mannschaft, wie beispielsweise die Eingabe eines Objekts durch den Piloten und der Benennung dieses Objekts durch den Piloten. Wird dieses vom Piloten genannte Objekt abermals erfaßt, werden die entsprechenden Informationen zur entsprechenden Zielverfol­ gung vom Speicher 75 ausgelesen.

Jede der Landkarten 70-72 ist mit ihrem Ausgang mit einer Suchdirektoreinheit 80 verbunden, welche die Kamera 1 nach einem Bereich ausrichtet, wo die größte Wahrscheinlichkeit des Vorhandenseins eines Objekts von Interesse besteht. Der Such­ direktor 80 erhält weiterhin Eingänge von den Sensoren 47, 48 und 49 zusammen mit Informationen von der Einheit 81, wodurch durch den Benutzer Suchmuster neuer Objekte definierbar sind. Der Suchdirektor 80 ist über die Leitung 82 mit der Kameraan­ triebseinheit 6 verbunden.

Der trigonometrische Bereichs-und Größenprozessor 61 erhält vom Detektor 52 Informationen über den Blickwinkel des Objekts, d. h. über die Ziellinienflucht der Kamera, der augenblicklichen Posi­ tion des Flugzeugs und dessen Flughöhe. Hierbei wird angenommen, daß das Objekt sich an einem Punkt befindet, wo die Ziellinie die Topographie kreuzt wie sie in der Karte 70 enthalten ist. Von dieser Information errechnet der Prozessor 61 trigonometrisch den Abstand des Flugzeugs zum Objekt und liefert diese Informa­ tion der Abstandsanzeige 76. Falls das Objekt einen meßbaren Winkel einnimmt wie dies vom Bildwinkelextraktor 64 bestimmt wurde, dann errechnet der Prozessor 61 von der Abstandsinfor­ mation und der Winkelinformation die Größe des Objekts. Diese Größeninformation wird der Größenanzeigevorrichtung 77 zugeführt. Die Information über den Abstand und die Größe können selbst dann geliefert werden, falls die Art des Objekts nicht bekannt ist. Dabei besteht natürlich ein bestimmtes Maß an Unsicherheit, da die Voraussetzung gemacht wird, daß sich das Objekt auf Grund befindet. Der Prozessor 61 liefert weiterhin eine Information an die Positionsanzeige 78, die dem Benutzer den Ort des obser­ vierten Objekts anzeigt.

Für den Fall, daß die Art des Objekts bekannt ist, da diese In­ formationen in den Datenspeichern 73 und 75 gespeichert sind, wird eine entsprechende trigonometrische Berechnung vom Pro­ zessor 61 durchgeführt. Weitere Berechnungen werden jedoch ebenfalls durchgeführt. Falls die Position des Objekts in der Landkarte unzweideutig ist, d. h. falls nur eine Position des identifizierten Objekts im Datenspeicher vorhanden ist, dann ist der Ort des Objekts bekannt aufgrund dieser gespeicherten Information über das Objekt ohne die Notwendigkeit einer In­ formation über die Ziellinienhöhe. Der trigonometrische Pro­ zessor errechnet den Abstand zum Objekt von dieser Information auf trigonometrische Weise. Falls die Position des Objekts zweideutig ist, dann wird dieser Abstand bestimmt wie zuvor beschrieben aufgrund der Kenntnis der Ziellinienhöhe.

Der ikonometrische Prozessor 62 liefert eine Anzeige des Objekt­ abstandes wenn die Art des Objekts und somit seine tatsächliche Größe identifiziert wurde und wo der vom Objekt eingenommene Winkel meßbar ist. Diese Informationen ermöglichen den Abstand zum Objekt durch einfache ikonometrische Trigonometrie zu er­ rechnen. Die gespeicherten Informationen über die Größe eines bekannten Objekts können verglichen werden mit der Größe, die vom trigonometrischen Prozessor 61 bestimmt wurde um eine Über­ prüfung durchzuführen.

Das System kann auch dazu verwendet werden, die Größe und den Abstand von Flugzielen zu bestimmen. Falls diese identifiziert sind und sie eine bekannte Größe haben, kann der Abstand zu die­ sen Objekten vom ikonometrischen Prozessor 62 errechnet werden aufgrund des Winkels mit dem das Objekt von der Kamera 1 erfaßt wird. Wo die wirkliche Größe des Objekts nicht bekannt ist, ver­ folgt der kinematische Bereichsprozessor 63 das Flugziel, tastet dieses also ab und errechnet aufgrund der Kenntnis der Bewegung des beobachtenden Flugzeugs und der Veränderung des Winkels, den das Ziel vom beobachtenden Flugzeug einnimmt den etwaigen Ab­ stand zu diesem Ziel. Diese Berechnung kann aufgrund der damit zusammenhängenden mathematischen Berechnungen nur näherungs­ weise sein. Der ikonometrische Prozessor 62 liefert weiterhin Ausgangssignale zu einer Köderanzeigevorrichtung 79, falls die Kamera 1 ein Objekt erfaßt, das in seinem Erscheinen einem gespeicherten Objekt ähnlich ist, jedoch eine Größe aufweist, die geringer ist als die Größe des gespeicherten Objekts. Bei­ spielsweise kann ein Flugziel, das kleiner ist als ein konven­ tionelles bemanntes Flugzeug auf diese Weise als Attrappe er­ kannt werden.

Der Kameraantrieb 6 ist verbunden mit einem Betriebsartselektor 90, durch welchen Eingänge von einem Waffensystem 91, einem Navigationssystem 92 oder einer manuellen Steuerung 93 wählbar sind. Das Waffensystem 91 kann beispielsweise ein Waffenturm sein, dessen Bewegungen die Kamera 1 folgt.

Das Flußdiagramm nach Fig. 3 verdeutlicht die Benutzung des Geräts.

Das Gerät hat den Vorteil der Bestimmung des Abstands und der Größe eines Objekts lediglich durch Verwendung passiver Mittel ohne daß die Anwesenheit des Flugzeugs für das Objekt erkenn­ bar wird.

Claims (10)

1. Bildverarbeitungsgerät, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es einen Speicher (70) aufweist, in welchem topographische Informationen über die zu be­ obachtende Landschaft gespeichert sind, ein Sensor (1) vor­ gesehen ist, der in perspektivischer Ansicht mindestens einen Teil der zu beobachtenden Landschaft erfaßt und In­ formationen über den Ort eines Objekts im Blickfeld des Sensors liefert, das Gerät bestimmt, wo die Sichtlinie des Sensors zum Objekt die gespeicherte Landschaft schnei­ det und das Gerät den Abstand zum Objekt aufgrund des Orts des Sensors relativ zum Schnittpunkt der Sichtlinie mit der gespeicherten Landschaft bestimmt.

2. Bildverarbeitungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Objektdaten­ speicher (73, 74, 75) aufweist, in welchem Informationen über Objekte im zu beobachtenden Bereich gespeichert sind, ein Komparator (52) die Ausgangssignale des Sensors (1) mit den im Objektdatenspeicher (73, 74, 75) gespeicherten Informationen zur Identifikation eines erfaßten Objekts vergleicht und bei Übereinstimmung die Informationen über das übereinstimmende Objekt vom Speicher (73, 74, 75) ausliest.

3. Bildverarbeitungsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Komparator (52) Informationen über ein erfaßtes neues Objekt ausgibt, die nicht im Objektdatenspeicher (73, 74, 75) enthalten sind.

4. Bildverarbeitungsgerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Informationen im Objektdatenspeicher (73, 74, 75) Informationen über den Ort des Objekts im Bereich umfassen und daß das Gerät eine Ein­ heit (47, 48) aufweist, welche Informationen in bezug auf den Ort des Sensors (1) liefert und das Gerät eine Anzeige des Abstands zum identifizierten Objekt durch trigonome­ trische Berechnung von den Informationen über den Ort des Objekts und des Orts des Sensors (1) liefert.

5. Bildverarbeitungsgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Objektdaten­ speicher (73, 74, 75) Informationen über die Größe des Objekts im Bereich speichert, das Gerät den vom Sensor erfaßten Win­ kel, den das identifizierte Objekt einnimmt, liefert und eine Anzeige des Abstands des Objekts in Abhängigkeit der Infor­ mation über seine Größe und den vom Sensor erfaßten Winkel erzeugt.

6. Bildverarbeitungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät eine Einheit (64) aufweist, die eine Anzeige des vom Objekt einge­ nommenen und von dem Sensor (1) erfaßten Winkel erzeugt und das Gerät eine Anzeige über die Größe des Objekts aufgrund von Informationen über den eingenommenen Winkel und dem Ab­ stand des Objekts vom Sensor (1) liefert.

7. Bildverarbeitungsgerät, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es einen Objektdatenspeicher (73, 74, 75) aufweist, der Informationen über das Aussehen und den Ort von Objekten im zu beobachtenden Bereich speichert, ein Sensor (1) mindestens einen Teil dieses Bereichs erfaßt, ein Komparator (52) den Ausgang des Sensors (1) mit Informa­ tionen des Datenspeichers (73, 74, 75) zur Identifikation eines erfaßten Objekts vergleicht und Informationen über deren Ort ausliest, eine Einheit (47, 48) Informationen über den Ort des Sensors (1) liefert und eine Einheit (61) den Ab­ stand zum Objekt aufgrund der Informationen über den Ort des Objekts und den Ort des Sensors (1) errechnet.

8. Bildverarbeitungsgerät, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es einen Objektdatenspeicher (73, 74, 75) aufweist, der Informationen über das Aussehen und die Größe von Objekten im zu beobachtenden Bereich speichert, ein Sensor mindestens einen Teil des zu beobachtenden Be­ reichs erfaßt, ein Komparator (52) vorgesehen ist, der die Ausgangssignale des Sensors (1) mit den im Datenspeicher (73, 74, 75) gespeicherten Daten zur Identifikation eines er­ faßten Objekts vergleicht und die Informationen über deren Größe ausliest, eine Einheit (64) eine Anzeige liefert, die den vom Sensor (1) erfaßten und vom Objekt eingenommenen Winkel entspricht und eine weitere Einheit (62) den Abstand zum Objekt aufgrund der Informationen über die Größe und des vom Objekt eingenommenen Winkels errechnet.

9. Bildverarbeitungsgerät, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es einen Speicher (70-75) auf­ weist, der Landschaftsinformationen über den zu beobachten­ den Bereich speichert, ein Sensor (1) mindestens einen Teil dieses Bereichs erfaßt, ein Komparator (52) die Ausgangs­ signale des Sensors (1) mit den gespeicherten Landschafts­ informationen mindestens in bezug auf einen Teil des Be­ reichs vergleicht und eine Anzeige des Vorhandenseins eines vom Sensor erfaßten Objekts liefert, das nicht in der ge­ speicherten Landschaftsinformation vorhanden ist.

10. Bildverarbeitungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor eine Fernsehkamera ist.