DE102008062799A1

DE102008062799A1 - Verfahren zur Echtzeit-Übertragung und -Verarbeitung von in einem bildaufnehmenden Sensor innerhalb eines Beobachtungsbereiches anfallenden Daten

Info

Publication number: DE102008062799A1
Application number: DE200810062799
Authority: DE
Inventors: Peter Dr. Reinartz; Michael Dr. Angermann
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2008-12-23
Filing date: 2008-12-23
Publication date: 2010-06-24
Also published as: WO2010072569A1

Abstract

Zur Echtzeit-Übertragung von in einem bildaufnehmenden Sensor (1) innerhalb eines Beobachtungsbereiches (3) anfallenden Daten zu diese Daten in Echtzeit verwertenden Nutzerstationen (A, B, C) mit zugeordneter Anzeigeeinrichtung (4, 5, 6) im Wege über einen zumindest teilweise drahtlos arbeitenden Datenkommunikationskanal (7; 9, 10, 11) werden unter der Voraussetzung, dass das Gesamtbild des jeweiligen Beobachtungsbereichs als Überblick nur in reduzierter räumlicher Bildauflösung vorliegen muss und zu jedem Zeitpunkt nur Teilausschnitte des Gesamtbildes in voller räumlicher Bildauflösung in den Nutzerstationen benötigt werden und die notwendige Bildauflösung eines Teilausschnittes oder auch des Gesamtbildes durch die verwendete Anzeigeeinrichtung der Nutzerstationen begrenzt ist, auf Anforderung der aktuellen Nutzerstationen die Daten der angeforderten relevanten Teilausschnitte des Gesamtbildes in passender Bildauflösung zu den jeweiligen Nutzerstationen in Echtzeit übertragen und in Echtzeit dort oder in einer vorangehenden zentralen Station (8), welche die verarbeiteten Daten an die Nutzerstationen in Echtzeit weiterleitet, auch verarbeitet. Anwendung bei Lagebilderfassungen, z. B. Verkehrsüberwachungen und Erdbeobachtungen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Echtzeit-Übertragung von in einem bildaufnehmenden Sensor innerhalb eines Beobachtungsbereiches anfallenden Daten zu einer oder mehreren diese Daten in Echtzeit verwertenden Nutzerstationen mit zugeordneter Anzeigeeinrichtung im Wege über einen zumindest teilweise drahtlos arbeitenden Datenkommunikationskanal.
Die fortschreitende technologische Verbesserung digitaler bildgebender Sensoren in Bezug auf deren Empfindlichkeit und Auflösung führt zu immer größeren durch die Beobachtung erfassbaren Bereichen, zu höherer Bilddetailauflösung und zu zunehmenden Bildwiederholraten. Eine der daraus entstehenden Konsequenzen besteht darin, dass sich das vom Sensor gelieferte Datenvolumen drastisch erhöht.
Der gleichzeitig stattfindende technologische Fortschritt auf dem Gebiet der Speicherung elektronischer Daten in Bezug auf Schreibgeschwindigkeit und Kapazität kann jedoch mit dieser Entwicklung Schritt halten, so dass die vom bildaufnehmenden Sensor ausgegebenen Daten während der Beobachtung gespeichert und zu einem späteren Zeitpunkt verarbeitet werden können. Für Anwendungen ohne Echtzeitanforderungen, z. B. bei Kartographierungen, entstehen also keine grundsätzlichen Probleme.
Eine Vielzahl von Anwendungen erfordert jedoch eine Verarbeitung und Anzeige der Daten in Echtzeit. Hierbei kommt es zu zwei grundlegenden Problemen. Zum einen können die anfallenden Datenmengen über einen typischerweise zumindest teilweise drahtlos arbeitenden Datenkommunikationskanal nicht in Echtzeit übertragen werden. Zum anderen können die Daten in den Nutzerstationen nicht in Echtzeit verarbeitet oder aufbereitet werden.
Ein Beispiel hierfür ist die notwendige Nachbearbeitung der Beobachtungsdaten eines bildgebenden Sensors, der sich an Bord einer fliegenden Plattform befindet, z. B. an Bord eines Flugzeugs, eines Hubschraubers oder eines Satelliten. Die Nachbearbeitung umfasst hierbei die Korrektur perspektivischer und geländebedingter Verzerrungen (Orthorektifizierung) unter Verwendung der Positions- und Lagedaten der den Sensor bildenden digitalen Kamera und digital vorliegender Geländemodelle.
Bei derzeit üblichen Verfahren zur Übertragung von in einem bildaufnehmenden Sensor innerhalb eines Beobachtungsbereiches anfallenden Daten zu Nutzerstationen werden entweder niedrige Auflösungen oder ein geringes Blickfeldausmaß verwendet, um eine Übertragung und/oder Verarbeitung in Echtzeit zu ermöglichen. Alternativ wird auf eine sofortige Verwendbarkeit der vom Sensor aufgenommenen Bilder in den Nutzerstationen verzichtet. In diesem Fall werden die vom Sensor aufgenommenen Daten aufgezeichnet und stehen erst später zur Verfügung, z. B. nach Landung des den Sensor tragenden Flugzeugs und anschließender Offline-Bearbeitung.
Für viele Anwendungsbereiche, beispielsweise bei der Verkehrsüberwachung oder bei der aktuellen Lagebilderfassung für Einsatzkräfte bei Großveranstaltungen, Katastrophen oder Demonstrationen, ist allerdings eine sofortige Verfügbarkeit der Daten und damit der diesen Daten zugeordneten Bilder unbedingt erforderlich. Dies ist derzeit in der geforderten Bildauflösung bzw. Abdeckung nicht oder nur unter massivem Einsatz äußerst aufwendiger und kostenintensiver Technologie, z. B. unter Aufbietung von umfangreichen Parallelrechnern, möglich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, unter Aufbringen eines erheblich geringeren technologischen Aufwandes Maßnahmen anzugeben, mittels welchen eine sofortige effiziente Bildauswertung der von einem bildgebenden Sensor über einen zumindest teilweise drahtlos arbeitenden Datenkommunikationskanal zu Nutzerstationen übertragenen Bilddaten erfolgen kann, wobei der Sensor mit seiner hohen Empfindlichkeit und seinem großen Auflösungsvermögen einen umfangreichen Beobachtungsbereich erfassen und bei hohen Bildwiederholraten ein großes Datenvolumen liefern kann.
Gemäß der Erfindung, die sich auf ein Verfahren der eingangs genannten Art bezieht, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass unter der Voraussetzung, dass das Gesamtbild des jeweiligen Beobachtungsbereichs des Sensors als Überblick nur in reduzierter räumlicher Bildauflösung vorliegen muss und zu jedem Zeitpunkt nur Teilausschnitte des Gesamtbildes in voller räumlicher Bildauflösung in den Nutzerstationen benötigt werden und die notwendige Bildauflösung eines Teilausschnittes oder auch des Gesamtbildes durch die verwendete Anzeigeeinrichtung der Nutzerstationen begrenzt ist, auf Anforderung der aktuellen Nutzerstationen die Daten der angeforderten relevanten Teilausschnitte des Gesamtbildes in passender Bildauflösung zu den jeweiligen Nutzerstationen in Echtzeit übertragen und in Echtzeit dort oder in einer vorangehenden zentralen Station, welche die verarbeiteten Daten an die Nutzerstationen in Echtzeit weiterleitet, auch verarbeitet werden.
Als bildaufnehmender Sensor kann in vorteilhafter Weise ein hochauflösendes digitales Kamerasystem verwendet werden.
Der bildaufnehmende Sensor lässt sich vorteilhaft zur Erfassung eines Lagebildes verwenden, das in Echtzeit in einer oder mehreren Nutzerstationen dargestellt werden soll.
Die Lagebilderfassung mittels des bildaufnehmenden Sensors kann z. B. im Rahmen eines Verkehrsüberwachungssystems vorgenommen werden, wobei die Darstellung von Beobachtungsgebieten und/oder Teilen davon in den Anzeigeeinrichtungen der Überwachungsstationen in Echtzeit erfolgt.
Die Lagebilderfassung mittels des bildaufnehmenden Sensors kann aber auch im Rahmen einer Erdbeobachtung vorgenommen werden, wobei sich der bildaufnehmende Sensor an Bord einer fliegenden Plattform in Form eines Erdbeobachtungssatelliten, eines Flugzeugs oder eines Hubschraubers befindet und die Darstellung von Beobachtungsgebieten und/oder Teilen davon in den Anzeigeeinrichtungen der Erdbeobachtungsstationen in Echtzeit erfolgt.
Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen und Ausgestaltungen des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung sind in den sich auf den Patentanspruch 1 unmittelbar oder mittelbar rückbeziehenden Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend im Einzelnen anhand eines in einer Figur schematisch dargestellten, vorteilhaften Ausführungsbeispiels erläutert.
In dem in der beigefügten Figur gezeigten Ausführungsbeispiel soll der digitale, bildgebende Sensor 1, der auf einem eine Plattform bildenden Erdbeobachtungssatelliten 2 angebracht ist, einen großflächigen und hochaufgelösten Beobachtungsbereich 3 haben. Drei auf der Erde angeordnete Nutzerstationen A, B und C mit ihren Anzeigeeinrichtungen 4, 5 bzw. 6 sollen gleichzeitig mit Echtzeitdaten des Erdbeobachtungssatelliten 2 versorgt werden.
Der Erdbeobachtungssatellit 2 ist über eine geeignete drahtlose Kommunikationsverbindung 7 mit einer Bodenstation 8 verbunden. Über weitere, terrestrische Kommunikationsverbindungen 9, 10 und 11, die drahtlos oder drahtgebunden arbeiten können, ist die Bodenstation 8 mit den Nutzerstationen A, B bzw. C verbunden. Die drei Nutzerstationen A, B und C interessieren sich für verschiedene Teilausschnitte des vom Erdbeobachtungssatelliten 2 insgesamt erfassten Beobachtungsbereichs 3. Der Bereich von Interesse der jeweiligen Nutzerstationen A, B und C ist innerhalb des Beobachtungsbereichs 3 mit der entsprechenden Teilausschnitt-Bezeichnung A, B bzw. C gekennzeichnet.
Im Gegensatz zu den bekannten und bisher üblichen Verfahren wird bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung nicht der gesamte Beobachtungsbereich 3 in voller Auflösung übertragen und verarbeitet. Es ist gemäß der vorliegenden Erfindung bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel lediglich notwendig, die verhältnismäßig kleinen, die Nutzerstationen B und C interessierenden Teilausschnitte des Beobachtungsbereichs 3 in relativ hoher Bildauflösung und den größeren, die Nutzerstation A interessierenden Teilausschnitt in relativ niedriger Bildauflösung zu übertragen und zu verarbeiten.
Je nach verwendetem Sensor und Einsatzszenario kann ein Faktor 10 bis 100 in der Übertragungs- und Verarbeitungskapazität eingespart werden. Beim Verfahren nach der vorliegenden Erfindung erfolgt somit eine selektive Übertragung und Verarbeitung der relevanten Teilausschnitte des Beobachtungs bereichs 3 in geeigneter Auflösung auf Anforderung der aktuellen Nutzerstationen A, B bzw. C.
Durch geeignete Nutzerschnittstellen werden die die jeweilige Nutzerstation A, B und C interessierenden Teilausschnitte ausgewählt und an die Bodenstation 8 übertragen. Die Bodenstation 8 fordert entsprechend dem Interesse der Nutzerstationen A, B und C die notwendigen Daten der drei Teilausschnitte beim Beobachtungssatelliten 2 an.
Die über die drahtlose Kommunikationsverbindung 7 in Echtzeit übertragenen Daten werden dann entweder zentral in der Bodenstation 8 in Echtzeit verarbeitet und dann selektiv über die Kommunikationsverbindungen 9, 10 und 11 an die Nutzerstationen A, B und C weitergegeben und dort in den Anzeigeeinrichtungen 4, 5 bzw. 6 in Bildform in Echtzeit dargestellt oder ohne Verarbeitung in der Bodenstation 8 in Echtzeit an die Nutzerstationen A, B und C weitergegeben und erst dort in Echtzeit verarbeitet und in den Anzeigeeinrichtungen 4, 5 bzw. 6 in Bildform dargestellt.
Der Sensor 1 kann in ähnlicher Weise anstelle auf einem Satelliten auch auf einer anders gearteten Plattform, z. B. an einem Flugzeug, an einem bemannten oder unbemannten Hubschrauber oder auf einem Turm, angebracht werden und von dort einen an die Nutzerstationen A, B und C in geeignet aufgelösten Teilausschnitten selektiv entsprechend dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zu übertragenden Beobachtungsbereich 3 erfassen.

1: Sensor
2: Erdbeobachtungssatellit
3: Beobachtungsbereich
4, 5, 6: Anzeigeeinrichtung
7: Drahtlose Kommunikationsverbindung
8: Bodenstation
9, 10, 11: Kommunikationsverbindungen
A, B, C: Nutzerstationen

Claims

Verfahren zur Echtzeit-Übertragung von in einem bildaufnehmenden Sensor innerhalb eines Beobachtungsbereiches anfallenden Daten zu einer oder mehreren diese Daten in Echtzeit verwertenden Nutzerstationen mit zugeordneter Anzeigeeinrichtung im Wege über einen zumindest teilweise drahtlos arbeitenden Datenkommunikationskanal, dadurch gekennzeichnet, dass unter der Voraussetzung, dass das Gesamtbild des jeweiligen Beobachtungsbereichs (3) des Sensors (1) als Überblick nur in reduzierter räumlicher Bildauflösung vorliegen muss und zu jedem Zeitpunkt nur Teilausschnitte des Gesamtbildes in voller räumlicher Bildauflösung in den Nutzerstationen (A, B, C) benötigt werden und die notwendige Bildauflösung eines Teilausschnittes oder auch des Gesamtbildes durch die verwendete Anzeigeeinrichtung (4, 5, 6) der Nutzerstationen begrenzt ist, auf Anforderung der aktuellen Nutzerstationen (A, B, C) die Daten der angeforderten relevanten Teilausschnitte des Gesamtbildes in passender Bildauflösung zu den jeweiligen Nutzerstationen in Echtzeit übertragen und in Echtzeit dort oder in einer vorangehenden zentralen Station (8), welche die verarbeiteten Daten an die Nutzerstationen in Echtzeit weiterleitet, auch verarbeitet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als bildaufnehmender Sensor (1) ein hochauflösendes digitales Kamerasystem verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der bildaufnehmende Sensor (1) ein Lagebild zur Echtzeit-Darstellung in einer oder mehreren Nutzerstationen (A, B, C) erfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagebilderfassung mittels des bildaufnehmenden Sensors (1) im Rahmen eines Verkehrsüberwachungssystems vorgenommen wird, wobei die Darstellung des zu überwachenden Gebiets und/oder Teilen davon in den Anzeigeeinrichtungen (4, 5, 6) der Überwachungsstationen in Echtzeit erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagebilderfassung mittels des bildaufnehmenden Sensors (1) im Rahmen einer Erdbeobachtung vorgenommen wird, wobei sich der bildaufnehmende Sensor an Bord einer fliegenden Plattform in Form eines Erdbeobachtungssatelliten (2), eines Flugzeugs oder eines Hubschraubers befindet und die Darstellung von Beobachtungsgebieten und/oder Teilausschnitten davon in den Anzeigeeinrichtungen (4, 5, 6) der Erdbeobachtungsstationen in Echtzeit erfolgt.