DE69309730T2

DE69309730T2 - Ausscheidung von vorübergehenden Ereignissen zur Erfassung und Nachführung

Info

Publication number: DE69309730T2
Application number: DE69309730T
Authority: DE
Inventors: Rene Abreu; Kenneth Bolin; David Flynn; Walter Fowski; Frank Kissh; Kenneth Miklus
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1992-01-31
Filing date: 1993-01-28
Publication date: 1997-10-30
Anticipated expiration: 2013-01-29
Also published as: EP0554080A1; JPH0827339B2; JPH0611558A; US5260557A; EP0554080B1; DE69309730D1

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verarbeiten von Daten von einer ladungsgekoppelten Vorrichtung (CCD) zum Verfolgen einer Lichtquelle und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verarbeiten von Daten von einer CCD-Vorrichtung, um eine Lichtquelle in einer an vorübergehenden Ereignissen reichen Umgebung zu erfassen, gültig zu machen und zu verfolgen. Außerdem stellt das Verfahren sicher, daß die Positions- und Höheninformation, die zu dem Hauptrechner übertragen wird, durch die vorübergehenden Ereignisse nicht verstümmelt wird.

Beschreibung des Standes der Technik

Es ist bekannt, daß Halbleiterdetektoren einer ladungsgekoppelten Vorrichtung (CCD) zum Erfassen elektromagnetischer Strahlung mit den Wellenlängen von Licht verwendet werden können. Solche CCD-Vorrichtungen im Stand der Technik werden im allgemeinen verwendet, um Lichtquellen, wie zum Beispiel Sterne, zu erfassen und zu verfolgen. Wenn solche CCD-Vorrichtungen im Raum zum Verfolgen von Sternen verwendet werden, sind sie häufig vorübergehenden Ereignissen, wie zum Beispiel einem Protonenstrahlungsbeschuß, welcher die Fähigkeit, eine Lichtquelle zu erfassen oder zu verfolgen, beeinflußt oder die Genauigkeitsbestimmung einer Position und/oder Intensität der Lichtquelle verstümmelt, unterworfen. Wenn zum Beispiel Sterne mit einem bzw. einer Erfassungs- und Verfolgungsverfahren und -vorrichtung im Stand der Technik verfolgt werden, kann der Protonenstrahlungsbeschuß eines CCD-Halbleiterdetektors für einen Augenblick an dem Detektor auftreten, so daß ein Stern oder eine Gruppe von Sternen vorhanden ist, wenn tatsächlich kein Stern oder keine Gruppe wirklich vorhanden ist. Wenn das falsche Signal an der Position des Sterns auftritt, werden die Daten verstümmelt und sollten dem Hauptrechner nicht mitgeteilt werden. Da die CCD-Detektoren nicht zwischen vorübergehenden Ereignissen oder tatsächlichen Sternen unterscheiden können, können somit solche Verfahren und Vorrichtungen im Stand der Technik solche Lichtquellen ohne Verwendung großer Mengen einer Verarbeitungszeit, um Bildvergleiche durchzuführen, oder ohne Verwendung einiger anderer externer Verfahren, die eine Information an die Vorrichtung zu Verfolgungszwecken anlegen, nicht genau erfaßt und verfolgt werden.
Deshalb verbessert die vorliegende Erfindung Verfolgungsverfahren und -vorrichtungen im Stand der Technik durch Schaffen eines Verfahrens und einer Vorrichtung, welche eine Lichtquelle in einer an vorübergehenden Ereignissen reichen Umgebung erfassen, gültig machen und verfolgen können. Ebenso können das Verfahren und die Vorrichtung Lichtquellen ohne Kenntnis der Objektrichtung, ohne Geschwindigkeitsfilterung und mit begrenzten Verarbeitungsbetriebsmitteln erfassen und verfolgen. Wenn es Verarbeitungsbetriebsmittel zulassen, kann eine Richtungs- und/oder Geschwindigkeitsfilterung verwendet werden, um dann das Verfahren weiter zu verbessern.

KURZFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung, um eine Lichtquelle in einer an vorübergehenden Ereignissen reichen Umgebung zu erfassen, gültig zu machen und zu verfolgen. Das Verfahren und die Vorrichtung verwenden einen Standardhalbleiterdetektor einer ladungsgekoppelten Vorrichtung (CCD) zum Erfassen von Lichtquellen, wie zum Beispiel Sternen.
Zuerst wird ein kleiner Bereich der Gruppe ausgewertet, um zu bestimmen, ob ein Signal in dem Sichtfeld so intensiv ist, daß es von einem hellen Objekt verursacht wird, welches die Gruppe beschädigen könnte. Wenn ein solches intensives Signal vorhanden ist, wird ein Verschluß geschlossen, um das ankommende Licht abzublocken. Das Verfahren und die Vorrichtung untersuchen eine Gruppe von Bildelementen des CCD-Detektors, um zu bestimmen, ob irgendwelche Signalquellen vorhanden sind. Das Verfahren und die Vorrichtung führen dann eine zweite Untersuchung der gleichen Gruppe aus, um zu bestimmen, ob die gleichen Signalquellen innerhalb einiger Fehlergrade immer noch vorhanden sind. Während dieser zwei Anfangsuntersuchungen wird ein Hochpaßfilter verwendet, um schnell solche Bildelemente auszusortieren, welche ein extern erzeugtes Signal aufweisen. Dieses Hochpaßfilterverfahren subtrahiert den Signalpegel eines Bildelements, welcher dem gegenwärtigen Bildelement vorhergeht, um einige Bildelemente und subtrahiert dann einen vordefinierten Schwellwertpegel. Wenn das Ergebnis Null überschreitet, wird entschieden, daß das Bildelement ein extern erzeugtes Signal auf sich aufweist. Wenn die gleichen Lichtquellen während beider Untersuchungen vorhanden sind, wählt dann die Vorrichtung und das Verfahren eine Signalquelle aus und beginnt damit, Daten auf die Intensität der Signalquelle aufzusummieren, um ihr Vorhandensein gültig zu machen.
Wenn eine Lichtquelle einmal gültig gemacht worden ist, übertragen das Verfahren und die Vorrichtung die Lichtquelle zu einem Verfolgungsschritt, so daß die Lichtquelle verfolgt werden kann.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum schnellen Erfassen und Verfolgen von Lichtquellen mit einem hohen Vertrauensgrad zu schaffen.
Eine andere Aufgabe ist es, ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung zu schaffen, welche Lichtquellen gültig machen können und ihre Bewegungen ohne Kenntnis der Richtungen einer Bewegung der Lichtquellen verfolgen können.
Eine weitere Aufgabe ist es, ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung zu schaffen, welche das Vorhandensein von Lichtquellen gültig machen können und ihre Bewegung ohne Geschwindigkeitsfilterung ihrer jeweiligen Bewegung verfolgen können, wenn begrenzte Verarbeitungsbetriebsmittel ihre Verwendung verhindern.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Lichtquellen unter Verwendung begrenzter Verarbeitungsbetriebsmittel gültig zu machen und zu verfolgen.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Hauptrechner bezüglich der Gültigkeit von Daten zu informieren
Andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden Fachleuten aus der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich, die in Verbindung mit den beiliegenden Darstellungen und Ansprüchen durchgeführt wird.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Figur 1 zeigt ein die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung darstellendes Blockschaltbild.
Figur 2 zeigt ein Systemzustandsdiagramm des Verfahrens der vorliegenden Erfindung.
Figur 3 zeigt ein die Zustände der vorliegenden Erfindung darstellendes Zustandsdiagramm.
Figur 4 zeigt ein die Schritte des Zustands eines hellen Objekts darstellendes Zustandsdiagramm.
Figur 5 zeigt ein die Schritte des ersten Erfassungszustands darstellendes Zustandsdiagramm.
Figur 6 zeigt ein die Schritte des zweiten Erfassungszustands darstellendes Zustandsdiagramm.
Figur 7 zeigt ein die Schritte eines ersten Wechselzustands darstellendes Zustandsdiagrarnm.
Figur 8 zeigt ein die Schritte des zweiten Wechselzustands darstellendes Zustandsdiagramm.
Figur 9 zeigt ein die Schritte des dritten Wechselzustands darstellendes Zustandsdiagrarnm.
Figur 10 zeigt ein die Schritte des vierten Wechselzustands darstellendes Zustandsdiagramm.
Figur 11 zeigt ein die Schritte des fünften Wechselzustands darstellendes Zustandsdiagramm.
Figur 12 zeigt ein die Schritte der Verfolgungszustände darstellendes Zustandsdiagramm.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die spezifische Verwirklichung des Verfahrens und der Vorrichtung, welche die Techniken der Erfindung beinhalten, ist hierin dargestellt. Die vorliegende Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung, um Lichtquellen in einer an vorübergehenden Ereignissen reichen Umgebung zu erfassen, gültig zu machen und zu verfolgen. Figur 1 zeigt die Vorrichtung, die zum Erfassen, Gültigmachen und Verfolgen von Lichtquellen verwendet wird. Gemäß Figur 1 werden potentielle Lichtquellen innerhalb des Sichtfelds 1 des Systems 2 durch ein optisches System 4 auf eine Gruppe 6 einer ladungsgekoppelten Vorrichtung (CCD) gebündelt. Die Daten, die von der Gruppe gesammelt werden, werden von einem Analog/Digitalwandler 8 verarbeitet, wo sie über einen Bus 9 zu einem Prozessor 10 hinauf geladen werden. Der Prozessor reagiert zum Analysieren einer potentiellen Lichtquelle zu Erfassungs-, Gültigmachungs- und Verfolgungsbestimmungen. Der Prozessor 10 lädt über einen zweiten Bus 11 eine Information über die Position und Höhe einer in dem Sichtfeld 1 erfaßten, gültig gemachten und verfolgten Lichtquelle zu einer bestimmten Zeit zu einem Hauptrechner 12 hinauf. Der Hauptrechner 12 lädt eine Information, wie zum Beispiel Höhenschwellwerte und CCD-Integrationszeiten über einen dritten Bus 13, der zwischen dem Prozessor 10 und dem Hauptrechner 12 angeschlossen ist, zu dem Prozessor 10 hinab. Der Prozessor 10 ist ebenso über einen vierten Bus 15 an eine Verschlußsteuereinrichtung 14 und einen Motor angeschlossen, so daß ein Verschluß 16, der zwischen der CCD-Gruppe und dem optischen System angeordnet ist, aktiviert und deaktiviert werden kann. Der Prozessor weist ebenso einen Speicher 18 auf, der einen Bereich von ihm aufweist, der für ein Höhengleitmittelungsregister 19 reserviert ist.
Die CCD-Gruppe, die in der Vorrichtung 1 verwendet wird, ist eine standardisierte ladungsgekoppelte Vorrichtung (CCD) mit 100000 Bildelementen, die zum Erfassen von Lichtquellen, wie zum Beispiel Sternen verwendet wird. Natürlich können CCD's einer anderen Größe und Erfassungsgruppen verwendet werden, wenn es erwünscht ist. Der CCD- Halbleiterdetektor 6 mit 100000 Bildelementen, der von der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist in einer Gruppe angeordnet, die ungefähr 256 Bildelemente in einer Reihe und ungefähr 403 Bildelemente in einer Spalte aufweist. Obgleich 100000 Bildelemente verfügbar sind, fragt die vorliegende Erfindung lediglich die Photoladung eines verringernden Felds einer Gruppe von 19 x 403 zu jeder gegebenen Zeit im Interesse einer Erfassungsgeschwindigkeit und aufgrund von Mikroprozessoreinschränkungen ab. Die integrierte Gruppe von 19 x 403 Bildelementen wird als ein Erfassungs- band bezeichnet. Bei dieser Verwirklichung ist jedes Erfassungsband dem nächsten (mit Ausnahme einer kleinen Überlappung zwischen den benachbarten Bändern) benachbart und werden die Bänder der Reihe nach abgefragt, bis ein Prüflingsstern erkannt ist oder das gesamte Sichtfeld der Vorrichtung (256 x 403 Bildelemente) abgefragt ist. In dem letzteren Fall wird die Sequenz wiederholt, bis ein Prüflingsstern erkannt ist.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung weist eine Mehrzahl von verbundenen Zuständen 20 auf, wie es allgemein in Figur 2 gezeigt ist, welche von dem Prozessor 10 durchgeführt werden können. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist erfolgreich in einem Mikrocomputer Intel 8086 durchgeführt worden. Die Blasen, wie zum Beispiel 34, die in Figur 3 gezeigt sind, stellen einen Zustand dar, den die vorliegende Erfindung ausführt, wenn eine Lichtquelle erfaßt oder verfolgt wird. Jede Blase stellt weiterhin einen Satz von Schritten, wie zum Beispiel Schritte 371 für einen Erfassungszustand 1, der in Figur 5 gezeigt ist, dar, welche ausgeführt werden und, wenn sie als ganzes genommen werden, die Erfassungs-, Gültigmachungs- und Verfolgungsfunktionen der vorliegenden Erfindung durchführen. Der Prozessor, der verwendet wird, um die vorliegende Erfindung zu verwirklichen, verwendet ungefähr 100ms zum Ausführen der Schritte irgendeines gegebenen Zustands, der durch eine Blase dargestellt ist. Übergänge zwischen Zuständen werden durch einen Satz von Übergangsregeln definiert.
Gemäß Figur 2 geht dem Verfahren ein Hochfahrzustand 30 vorher, welchem ein Selbsttestzustand 32 folgt. Nach dem Durchführen des Selbsttestzustands erreicht die vorliegende Erfindung einen Zustand 34 zum Testen auf ein helles Objekt, in dem der Zustand auf ein helles Objekt testet, um eine Beschädigung der CCD 6 zu verhindern. Der Zustand 34 weist eine Mehrzahl von Unterschritten 35 auf. Wie es später zu sehen ist, kann der Zustand 34 zum Testen auf ein helles Objekt von irgendeinem anderen Zustand nach der Unterbrechung einer Lichtquellenverfolgung, nach einem Fehlschlagen einer Erfassung einer Lichtquelle oder einer Unterbrechungsanweisung von dem Hauptrechner 12 erreicht werden.
Der Test auf ein helles Objekt liest Daten ohne Verwendung eines räumlichen Hochpaßfilters und berechnet dann den Hintergrundbeleuchtungspegel von einem Fenster von 13 mal 15 Bildelementen auf der CCD-Mitte. Die Berechnung für die Hintergrundbeleuchtung betrifft eine Hintergrundbeleuchtung von Quellen, wie zum Beispiel Streulicht oder Sonnenstrahlung, die in dem Sichtfeld der Abbildungsvorrichtung nicht notwendig ist, aber die Gruppe genug beein trächtigt, einen Gradienten von Hintergrundlicht über der Gruppe zu erzeugen. Wenn der Test 34 eine große Hintergrundbeleuchtung (150 Bildelemente, die 200 Zählwerte oder 80000 Elektronen überschreiten) erfaßt, erreicht und verbleibt der Test in einem Zustand 60 eines geschlossenen Verschlusses, in dem ein Signal zu der Verschlußsteuereinrichtung 14 ausgegeben wird, um den Verschluß 16 zu schließen, und dann kehrt der Zustand zu dem Anfangsschritt des Zustands 34 zum Testen auf ein helles Objekt zurück. Wenn kein helles Objekt innerhalb 100ms erfaßt wird, wird der Zustand zum Testen auf ein helles Objekt verlassen und wird ein erster Erfassungszustand 36 erreicht. Der Test 34 auf ein helles Objekt wird nach dem Auftreten einer fehlgeschlagenen Erfassung in dem Erfassungszustand 36, einer autonomen Unterbrechung einer Verfolgung, einer Anweisung, eine Verfolgung zu unterbrechen, oder einer Beendigung des Zustands 60 zum Schließen eines Verschlusses wieder erreicht.
Gemäß den Figuren 2, 3 und 5 folgt der erste Erfassungszustand 36 dem Test 34 auf ein helles Objekt und weist eine Mehrzahl von Schritten 37 auf. Zuerst tastet der erste Erfassungszustand unter Verwendung eines räumlichen Hochpaßfilters das Erfassungsband, das 19 x 403 Bildelemente in dem Sichtfeld (FOV) aufweist, ab, um Bildelemente mit einer Photoladung zu finden, die einen voreingestellten Schwellwert von 1600 Elektronen überschreitet. Als nächstes speichert der erste Erfassungszustand Schwerpunkte der ersten zwanzig Gruppen, die in dem Band gefunden werden, welche mindestens zwei und nicht mehr als fünfundzwanzig Bildelemente in der Gruppe aufweisen, wobei sich die Höhe der Gruppe über einem voreingestellten Gruppenhöhenschwellwert befindet und wobei sich der Schwerpunkt der Gruppe nicht innerhalb von zwei Bildelementen des Erfassungsbandrandes befindet. Wenn keine akzeptablen Gruppen von dem ersten Erfassungsschritt gefunden werden, wird der erste Erfassungsschritt verlassen und wird der Zustand 34 zum Testen auf ein helles Objekt wieder erreicht. Wenn eine oder mehrere akzeptable Gruppen in dem Erfassungsband gefunden werden, wird ein zweiter Erfassungszustand 38 erreicht.
Gemäß den Figuren 2, 3 und 6 ist der zweite Erfassungszustand 38 dem ersten Erfassungszustand ähnlich und weist eine Mehrzahl von Schritten 39 auf. Zuerst tastet der zweite Erfassungszustand 38 das gleiche Datenband mit 19 x 403 Bildelementen unter Verwendung eines räumlichen Hochpaßfilters ab, wie es in dem ersten Erfassungszustand 36 abgetastet worden ist, um Bildelemente zu finden, die einen voreingestellten Schwellwert von 1600 Elektronen überschreiten. Als nächstes speichert der zweite Erfassungszustand die Schwerpunkte der ersten zwanzig Gruppen in dem Band, welche mindestens zwei und nicht mehr als fünfundzwanzig Bildelemente in der Gruppe aufweisen, wobei sich die Höhe der Gruppe über dem Gruppenhöhenschwellwert befindet und wobei sich der Schwerpunkt der Gruppe nicht innerhalb von zwei Bildelementen von dem Rand der CCD-Gruppe befindet. Nach einem Erfassen von bis zu zwanzig Gruppen schwerpunkten beginnt der zweite Erfassungszustand ein Vergleichen des Schwerpunkts jeder Gruppe, der in dem zweiten Erfassungszustand 38 gefunden worden ist, mit jedem Gruppenschwerpunkt, der in dem ersten Erfassungszustand 36 gefunden worden ist. Wenn sich ein Schwerpunkt des zweiten Erfassungszustands innerhalb eines Fensters von 5 x 5 Bildelementen befindet, das um einen Schwerpunkt des ersten Erfassungszustands zentriert ist, erfüllt die Gruppe das Abbildungsvergleichskriterium und wird als eine Übereinstimmung betrachtet. Wenn die als übereinstimmend gefundenen Gruppen nicht irgenwelche "heiße" Bildelemente (d.h., Bildelemente, von denen bekannt ist, daß sie ein übermäßig dunkles Signal erzeugen) enthalten, speichert der zweite Erfassungszustand den Schwerpunkt der Gruppe des zweiten Erfassungszustands, der mit der Gruppe des ersten Erfassungszustands übereinstimmt. Die Fensterabmessung von 5 x 5 Bildelementen um alle der Gruppen des ersten Erfassungszustands wird durch die spezifischen Parameter des optischen Systems, die Bildelementabmessungen und die zu erwartende maximale Sichtlinienbewegung bestimmt, wodurch eine geringfügige Bewegung der Gruppen zugelassen wird. Somit fährt der Vergleich fort, bis eine Übereinstimmung gefunden ist.
Wenn eine Übereinstimmung gefunden ist und ein Schwerpunkt gespeichert ist, wird der zweite Erfassungszustand verlassen und wird ein erster Wechselzustand 40 wird erreicht. Wenn keine akzeptablen Gruppen aus dem ersten Erfassungszustand mit irgendwelchen der Gruppen des zweiten Erfassungszustands übereinstimmen oder wenn die einzigen übereinstimmenden Gruppen heiße Bildelemente enthalten, wird dann der zweite Erfassungszustand verlassen und der Test auf ein helles Objekt wird wieder erreicht.
Gemäß den Figuren 2, 3 und 7 wird der erste Wechselzustand 40, der eine Mehrzahl von Schritten 41 aufweist, verwendet, um zu bestimmen, ob die Gruppe, die in dem ersten Wechselzustand 40 ausgewählt worden ist, ein spezielles Abbildungsvergleichskriterium mit dem Gruppenschwerpunkt erfüllt, der in dem zweiten Erfassungszustand 38 gefunden worden ist. Mit einem voreingestellten Schwellwert (auf 800 Elektronen über einen berechneten lokalen Hintergrund eingestellt) tastet der Zustand 40 ein Fenster von 13 x 15 Bildelementen, das um den gespeicherten Schwerpunkt des zweiten Erfassungszustands zentriert ist, ab. Der lokale Hintergrund wird durch ein Finden des liellsten Bildelements in dem Fenster von 13 x 15 Bildelementen berechnet und dann wird das Mittelwertsignal auf einer Untergruppe von 2 x 8 in einer Ecke des Fensters von 13 x 15, das am weitesten von dem hellen Bildelement entfernt ist, berechnet. Bildelemente, welche von dem Mittelwert um mehr als zwei Zählwerte abweichen, werden aus der Berechnung des Mittelwerts ausgeschlossen. Wenn mehr als 2 Bildelemente dieser Untergruppe um mehr als zwei Zählwerte von dem Mittelwert abweichen, wird dann der letzte berechnete Mittelwert verwendet. Als nächstes speichert der Zustand 40 die Schwerpunkte von Gruppen, die das Gruppenabmessungskriterium, mindestens zwei und nicht mehr als fünfundzwanzig Bildelemente in der Gruppe, erfüllen, welche sich über einem voreingestellten Gruppenhöhenschwellwert befinden. Dann wählt der Zustand den Schwerpunkt der Gruppe aus, welcher dem Schwerpunkt der Gruppe, der in dem zweiten Erfassungszustand 38 gespeichert worden ist, am nächsten ist.
Einer Auswahl einer Gruppe folgend überprüft der Zustand 40, ob sich die ausgewählte Gruppe innerhalb eines radialen Vergleichsfensters befindet. In einem Ausführungsbeispiel wird ein radiales Vergleichsfenster von 60 µm verwendet. Wenn sich die Gruppe innerhalb 60 µm befindet, wird die Höhe der Lichtquelle als der Anfangswert des Höhengleitmittelungsregisters 19 (siehe Figur 1) eingegeben, das in einem Bereich des Vorrichtungsspeichers 18 enthalten ist, welches die mittlere Höhe für die aus fünf vorhergehenden Abtastungen bestimmten Höhen hält. Wie es später während eines Verfolgens zu sehen ist, läßt das Gleitmittelungsregister zu, daß eine Information über eine Lichtquelle gesammelt wird, um diese Quelle gültig zu machen. Der erste Wechselzustand 40 ist zu dem zweiten Erfassungszustand 38 dadurch unterschiedlich, daß er heiße Bildelemente zuläßt, wenn eine Gruppe ausgewählt wird. Schließlich testet der erste Wechselzustand auf helle Objekte. Es wird das gleiche Verfahren verwendet, das zuvor für den Zustand 34 eines hellen Objekts verwendet worden ist. Der Wert eines Sterngültigkeitsmerkers, welcher verwendet wird, um die Gültigkeit der Daten, die dem Hauptrechner 12 mitgeteilt werden, anzuzeigen, wird während aller Wechselzustände 40, 42, 44, 46 und 48 als "falsch" gehalten.
Ein Übergang von dem Zustand 40 ist nachstehend definiert: Wenn eine gültige Gruppe innerhalb 60 µm des Schwerpunkts des zweiten Erfassungszustands gefunden wird, wird dann der erste Wechselzustand 40 verlassen und wird der zweite Wechselzustand 42 erreicht. Wenn keine gültige Gruppe innerhalb 60 µm des zweiten Erfassungszustands gefunden wird, wird dann der Zustand zum Testen auf ein helles Objekt erreicht. Wenn eine Anweisung auf ein Unterbrechen eines Verfolgens von einem Hauptrechner ausgeführt wird oder ein helles Objekt erfaßt wird oder wenn das Verfolgen unterbrochen wird, da sich der Schwerpunkt innerhalb von zwei Bildelementen von einem CCD-Rand befindet, wird dann ebenso der Zustand 34 zum Testen auf ein helles Objekt bei dieser Verwirklichung erreicht.
Gemäß den Figuren 2, 3 und 8 und Schritten 43 ist der zweite Wechselzustand 42 mit Ausnahme der Verwendung eines Vergleichsfensters von 30 µm anstelle eines Vergleichsfensters von 60 um der gleiche wie der erste Wechselzustand 40. Das Vergleichsfenster von 60 µm wird für den Wechselzustand 40 verwendet, um eine Gruppenbewegung während einer zusätzlichen Übergangszeit von 100 ms zuzulassen, die durch eine Blase 70 dargestellt ist, die benötigt wird, um zwischen den Erfassungszuständen und den Wechselzuständen zu schalten.
Als erstes sammelt der Zustand 42 mit einem voreingestellten Schwellwert, der auf ungefähr 800 Elektronen über dem berechneten lokalen Hintergrundbeleuchtungspegel eingestellt ist, Daten von einem Fenster von 13 x 15 Bildelementen, das um den Schwerpunkt des zweiten Erfassungszustands zentriert ist. Als nächstes speichert der Zustand 42 Gruppen, die ein Gruppenabmessungskriterium zwischen zwei und fünfundzwanzig Bildelementen in der Gruppe erfüllen, welche sich über einem voreingestellten Gruppenhöhenschwellwert befinden. Der Zustand wählt dann eine Gruppe aus, die dem Schwerpunkt am nächsten ist, der in dem ersten Wechselzustand 40 ausgewählt worden ist. Auf eine Auswahl einer Gruppe folgend überprüft der Zustand 42, ob sich die ausgewählte Gruppe innerhalb 30 µm des Schwerpunkts des ersten Wechselzustands befindet. Wenn sich die Gruppe innerhalb 30 µm befindet, ist dann die Höhe der Lichtquelle das zweite Eingangssignal in das Höhengleitmittelungsregister, um fortzufahren, eine Information auf der Lichtquelle für Gültigkeitszwecke zu sammeln. Schließlich testet der zweite Wechselzustand auf helle Objekte.
Ein Übergang von dem zweiten Wechselzustand 42 ist zu dem ersten Wechselzustand 40 ähnlich. Wenn eine gültige Gruppe innerhalb 30 µm des Schwerpunkts des ersten Wechselzustands 40 gefunden wird, wird dann der zweite Wechselzustand 42 verlassen und wird ein dritter Wechselzustand 44 erreicht. Ansonsten wird der Zustand 34 zum Testen auf ein helles Objekt nach einem Verlassen des zweiten Wechselzustands 42 erreicht, wenn keine gültige Gruppe innerhalb 30 µm des Schwerpunkts des ersten Wechselzustands gefunden wird, wenn eine Anweisung zum Unterbrechen eines Verfolgens von dem Hauptrechner 12 ausgeführt wird, wenn ein helles Objekt erfaßt wird oder wenn die Verfolgung aufgrund dessen, daß sich der Schwerpunkt innerhalb zwei Bildelementen von einem CCD-Rand befindet, unterbrochen wird.
Gemäß den Figuren 2, 3, 9, 10 und 11 und Schritten 45, 47 und 49 sind die Zwecke und die Verfahren des dritten Wechselzustands, eines vierten Wechselzustands 46 und eines fünften Wechselzustands 48 die gleichen wie das Verfahren, das für den zweiten Wechselzustand 42 beschrieben worden ist. Während jedes Wechselzustands wird das Höhengleitmittelungsregister aktualisiert. Wenn eine gültige Gruppe von dem fünften Wechselzustand 48 innerhalb eines Radius von jim eines Schwerpunkts des vierten Wechselzustands gefunden wird, wird der fünfte Wechselzustand verlassen und wird ein erster Verfolgungszustand 50 erreicht. Ansonsten ist das Übergangsverfahren ähnlich dem Übergangsverfahren, daß für den zweiten Wechselzustand 42 beschrieben worden ist. Die Ordnung des Auswahlkriteriums kann geändert werden, um spezifische Anforderungen zu erfüllen. Die Figuren identifizieren ebenso die Basis zum Aktualisieren sowohl des Fensters von 13 x 15 als auch des Radius von 30 µm während der Wechselzustände.
Gemäß den Figuren 2, 3 und 12 weist der Verfolgungszustand 50 eine Mehrzahl von Schritten 51 auf und wird verwendet, um die Lichtquelle zu verfolgen, nachdem sie als gültig bestimmt worden ist. Zuerst tastet der Verfolgungszustand mit einem voreingestellten Hintergrundschwellwert, der auf 800 Elektronen über dem lokalen berechneten Hintergrundbeleuchtungspegel eingestellt ist, ein Fenster von 13 x 15 Bildelementen ab, welches um einen berechneten letzten bekannten gültigen Schwerpunkt zentriert ist. Dem Einstellen des Schwellwerts folgend speichert der Verfolgungszustand Gruppen, die zwischen zwei und fünfundzwanzig Bildelementen in einer Gruppe aufweisen, die eine Gruppenhöhe innerhalb eines Toleranzfensters, ± 0.25 sichtbare Höhe (Mv), der Gleitmittelungshöhe, aufweisen, die von den fünf vorhergehenden gültigen Zuständen gesammelt worden ist. Als nächstes wählt der Zustand 50 eine Gruppe aus, die der Mitte des radialen Vergleichsfensters des vorhergehen den Rahmens am nächsten ist. Der Zustand 50 testet dann auf die Bedingung, ob sich Position der ausgewählten Gruppe innerhalb eines radialen Fensters von 30 µm des Schwerpunkts des vorhergehenden Rahmens befindet. Wenn die Bedingung wahr ist, wird dann ein Datengültigkeitsmerker auf einen Wert "wahr" gesetzt. Wenn der Datengültigkeitsmerker auf "wahr" gesetzt ist und es keine heißen Bildelemente in der ausgewählten Gruppe gibt, wird dann die Gruppenhöhe zu dem Gruppenhöhengleitmittelwert addiert und der Verfolgungszustand wird wieder erreicht. Wenn der Wert des Datengültigkeitsmerkers "wahr" ist und der Wert für den Datengültigkeitsmerker (letzter Rahmen) "wahr" ist und es keine heißen Bildelemente in der ausgewählten Gruppe gibt, dann ist der Stern gültig gemacht worden und der Wert für den Sterngültigkeitsmerker wird auf "wahr" gesetzt und die korrigierten Schwerpunktdaten werden zu dem Hauptrechner 12 online übertragen und das System geht zu dem nächsten Verfolgungszustand (T1+n) über.
Schließlich testet der Zustand 50 auf ein helles Objekt. Wann immer eine Anweisung zum Unterbrechen eines Verfolgens ausgeführt wird, ein helles Objekt erfaßt wird, sich ein Schwerpunkt innerhalb 2 Bildelementen von einem CCD-Rand befindet oder eine abgetastete Lichtquelle nicht das Kriterium für einen gültigen Stern für zehn aufeinanderfolgende Rahmen erfüllt, wird das Verfolgen abgebrochen und wird der Verfolgungszustand verlassen und wird der Zustand 34 für ein helles Objekt wird erreicht.
Die Verfolgungssequenz fährt solange fort, wie der Datengültigkeitsmerkerwert "wahr" ist. Wenn sich das System in einem der Verfolgungszustände befindet und der Sterngültigkeitsmerkerwert auf einen Wert "falsch" gesetzt ist, da die Gruppe keines der Datengültigkeitskriterien, wie zum Beispiel eine Höhe, eine Position oder eine Abmessung erfüllt, wird dann die Höhe und der Schwerpunkt der Gruppe nicht zu dem Hauptrechner 12 übertragen. Wenn der Datengültigkeitsmerkerwert "falsch" ist, aktualisiert die Vorrichtung das Fenster und den Radius in Übereinstimmung mit einem Satz von Regeln, der nachstehend beschrieben wird.
Zuerst wird, wenn eine Gruppe das Gruppenabmessungs- und Höhenkriterium erfüllt und das Radialvergleichskritenum, der Schwerpunkt befindet sich innerhalb 30 µm von der Mitte des radialen Vergleichsfensters, erfüllt, wird dann die Mitte des radialen Vergleichsfensters für den Rahmen N+1 und die Mitte des Verfolgungsfensters von 13 x 15 für den Rahmen N+2 der Schwerpunkt des Rahmens N. Zweitens wird dann, wenn eine Gruppe das Gruppenabmessungskriterium, zwischen 2 und 25 Bildelementen, und das Höhenkriterium erfüllt, aber das Radialvergleichskriterium nicht erfüllt, die Mitte des radialen Vergleichsfensters für den Rahmen N+1 und die Mitte des Verfolgungsfensters von 13 x 15 für den Rahmen N+2 der naheliegendste Sternschwerpunkt im Rahmen N.
Schließlich wird dann, wenn keine Gruppe das Gruppenabmessungs- und Höhenkriterium erfüllt, die Mitte des radialen Vergleichsfensters für den Rahmen N+1 und die Mitte des Verfolgungsfensters von 13 x 15 für den Rahmen N+2 die Mitte des radialen Vergleichsfensters für den Rahmen N.
Die Regeln und das Verfahren, die vorhergehend beschrieben worden sind, werden wiederholt, bis erneut ein Stern gültig gemacht wird oder die Vorrichtung ohne in der Lage zu sein, einen gültigen Stern zu finden, durch 10 aufeinanderfolgende Verfolgungszustände gelaufen ist.
Wenn innerhalb der 10 Rahmen erneut der Stern gültig gemacht wird, wird dann die Übertragung von Position und Höhe zu dem Hauptrechner 12 wiederaufgebaut. Ansonsten verläßt das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung den Verfolgungszyklus, wählt ein Erfassungsband über dem Band auf, in welchem sich das Fenster von 13 x 15 Bildelementen befunden hat und kehrt zu dem Zustand 34 für ein helles Objekt zurück.
Somit ist das, was beschrieben worden ist, eine Vorrichtung und ein Verfahren, um Daten aus einer CCD-Vorrichtung zu verarbeiten, um ein Prüflingsobjekt in einer an vorübergehenden Ereignissen reichen Umgebung mit begrenzten Verarbeitungsbetriebsmitteln zu erfassen, gültig zu machen und zu verfolgen. Es ist für Fachleute zu sehen, daß die vorhergehend dargelegten Aufgaben und jene, die aus der vorhergehenden Beschreibung ersichtlich sind, wirkungsvoll gelöst werden und daß bestimmte Änderungen beim Ausführen der Erfindung ausgeführt werden können. Es versteht sich ebenso, daß die folgenden Ansprüche so gedacht sind, daß sie alle der generellen und spezifischen Merkmale der Erfindung, die hierin beschrieben sind, und alle Angaben des Umfangs der Erfindung, welche in sprachlicher Hinsicht als darin fallend genannt werden könnten, abdecken.

Claims

1. System zum Verfolgen einer Lichtquelle in dem Sichtfeld eines Verfolgungssystems in einer an vorübergehenden Ereignissen reichen Umgebung, wobei das System eine Gruppe einer ladungsgekoppelten Vorrichtung (CCD), einen Prozessor, einen Speicher zum Speichern digitaler Daten und eine Übertragunsvorrichtung zum Übertragen von Daten bezüglich der Position und Helligkeit der Lichtquelle zu einem Hauptrechner aufweist, wobei das System aufweist:

a) eine Einrichtung zum Erzielen eines ersten Datensatzes, der die Helligkeit des Sichtfeldes darstellt, das auf die Bildelemente einer Erfassungsfenstergruppe einfällt, die mindestens einen Teil eines Bereichs der CCD-Gruppe aufweist, und eine Einrichtung zum Speichern des Datensatzes im Speicher;

b) eine Einrichtung zum Erzielen eines zweiten Datensatzes, der die Helligkeit des Sichtfeldes darstellt, das auf die Bildelemente des Erfassungsfensters einfällt, und eine Einrichtung zum Speichern des Datensatzes im Speicher;

c) eine Einrichtung zum Vergleichen des ersten Datensatzes, der im Speicher gespeichert ist, mit dem zweiten Datensatz, der im Speicher gespeichert ist, um die Bildelementkoordinaten einer Zielgruppe von Bildelementen aus dem zweiten Datensatz des Erfassungsfensters auszuwählen, und eine Einrichtung zum Speichern der Bildelementkorrdinaten der Zielgruppe im Speicher, wobei die Zielgruppe, die aus einer Gruppe benachbarter Bildelemente aus dem zweiten Datensatz bestimmt wird, ungefähr die gleiche Helligkeit und Position wie eine Gruppe von benachbarten Bildelementen aus dem ersten Datensatz aufweist;

d) eine Einrichtung zum Erzielen eines dritten Datensatzes, der die Helligkeit des Sichtfeldes darstellt, das auf die Bildelemente einer Verfolgungsfenstergruppe einfällt, die mindestens einen Bereich der CCD-Gruppe aufweist, wobei die Mitte der Verfolgungsfenstergruppe die gleichen Bildelementkoordinaten wie die Zielgruppe von Bildelementen aufweist, und eine Einrichtung zum Speichern der Daten im Speicher;

e) eine Einrichtung zum Vergleichen der Position der Zielgruppe von Bildelementen mit der Helligkeit und Position der Bildelemente der Verfolgungsfenstergruppe, um die Bildelementkoordinaten einer Verfolgungsgruppe von Bildelementen zu bestimmen, wobei die Verfolgungsgruppe die aus einer Gruppe von benachbarten Bildelementen bestimmt wird, ungefähr die gleiche Helligkeit und Position wie die Zielgruppe aufweist; und

f) eine Einrichtung zum Ausgeben der Bildelementkoordinaten und Helligkeit der Verfolgungsgruppe zu dem Hauptrechner.

2. System nach Anspruch 1, bei dem das System weiterhin eine dynamische Schwellwertfunktion beinhaltet und bei dem der erste Datensatz und der zweite Datensatz mit der aktivierten dynamischen Schwellwertfunktion erzielt werden.

3. System nach Anspruch 1, bei dem die Gruppe von benachbarten Bildelementen aus den ersten und zweiten Datensätzen mindestens zwei Bildelemente aufweist.

4. System nach Anspruch 1, bei dem sich die Gruppe von benachbarten Bildelementen aus dem ersten Datensatz und dem zweiten Datensatz über einem vorbestimmten Höhenschwellwert befindet.

5. System nach Anspruch 1, bei dem die Zielgruppe weiterhin durch eine erste Gruppe von benachbarten Bildelementen aus dem zweiten Datensatz bestimmt wird, der ungefähr die gleiche Bildelementposition wie eine Gruppe von benachbarten Bildelementen in einem Zielfenster aufweist, wobei das Zielfenster mindestens einen Bereich des Erfassungsfensters aufweist und eine Mitte mit den gleichen Bildelementkoordinaten wie eine Gruppe von benachbarten Bildelementen aus dem ersten Datensatz aufweist.

6. System nach Anspruch 1, bei dem die Gruppe von benachbarten Bildelementen des dritten Datensatzes mindestens zwei Bildelemente aufweist.

7. System nach Anspruch 1, bei dem sich die Gruppe von benachbarten Bildelementen des dritten Datensatzes über einem vorbestimmten Höhenschwellwert befindet.

8. System nach Anspruch 1, bei dem die Verfolgungsgruppe mittels eines Auswählens der Gruppe von benachbarten Bildelementen bestimmt wird, die das hellste Objekt innerhalb des Sichtfeldes darstellen das auf das Verfolgungsfenster einfällt.

9. System nach Anspruch 1, bei dem die Verfolgungsgruppe mittels eines Auswählens einer Gruppe von benachbarten Bildelementen bestimmt wird, die einer vorbestimmten Position am nächsten liegt.

10. System nach Anspruch 1, bei dem die Verfolgungsgruppe mittels eines Auswählens einer Gruppe von benachbarten Bildelementen bestimmt wird, die sich in einer vorbestimmten Richtung von der Mitte des Verfolgungsfensters befindet, wobei die vorbestimmte Richtung aus der Position der Gruppe von benachbarten Bildelementen in dem Zielfenster relativ zu der Mitte des Zielfensters abgeleitet wird.