DE102010010030A1

DE102010010030A1 - Vorrichtung zum Darstellen einer Umgebung

Info

Publication number: DE102010010030A1
Application number: DE102010010030A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Phys. Speh Philipp; Dr. Löbau Jörg
Original assignee: Diehl BGT Defence GmbH and Co KG
Current assignee: Diehl Defence GmbH and Co KG
Priority date: 2010-03-03
Filing date: 2010-03-03
Publication date: 2011-09-08
Anticipated expiration: 2030-03-04
Also published as: DE102010010030B4

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Darstellen einer Umgebung mit einer Kamera (10) zum Abbilden der Umgebung auf einen Detektor (14, 42), einem optischen Visier (2) mit einem Anzeigemittel (22) zum Darstellen der Umgebung in einem Bild, einem Prozessmittel (20), das zum Erzeugen des Bilds auf dem Anzeigemittel (22) aus Bildsignalen des Detektors (14, 42) vorbereitet ist und einem Körperhalter (4), der zum Mitführen des Anzeigemittels (22) vor dem Auge (8) eines Beobachters bei einer Bewegung des Beobachters vorbereitet ist.
Um einen aus der Umgebung einstrahlenden Laser schnell und gefahrlos erkennen können, wird vorgeschlagen, dass das Prozessmittel (20) dazu vorbereitet ist, einfallende Laserstrahlung als solche zu erkennen und im Bild eindeutig als solche zu kennzeichnen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Darstellen einer Umgebung mit einer Kamera zum Abbilden der Umgebung auf einen Detektor, einem optischen Visier mit einem Anzeigemittel zum Darstellen der Umgebung in einem Bild, einem Prozessmittel, das zum Erzeugen des Bilds auf dem Anzeigemittel aus Bildsignalen des Detektors vorbereitet ist und einem Körperhalter, der zum Mitführen des Anzeigemittels vor dem Auge eines Beobachters bei einer Bewegung des Beobachters vorbereitet ist.
Durch die zunehmende Verbreitung von Lasern steigt das Risiko, dass das menschliche Auge durch Laserstrahlung geschädigt wird. Um das Auge vor derartigen Schäden zu schützen, sind Vorrichtungen nötig, welche das Vordringen der schädlichen Strahlung in das Auge verhindern, möglichst ohne die Wahrnehmungsfähigkeit des Beobachters übermäßig stark einzuschränken.
Eine Möglichkeit des Schutzes besteht in der Verwendung von optischen Absorptionsfiltern. Diese führen jedoch zu Transmissionsverlusten, und außerdem ist ihr Einsatz meist mit Farbverfälschungen verbunden, da die Transmissionskurven der Filter nicht beliebig steil hergestellt werden können. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Verwendung von Reflexionsschichten, die jedoch meist auch harmonische Oberfrequenzen reflektieren, sodass ebenfalls eine Farbverfälschung resultiert. Eine dritte Möglichkeit besteht darin, die Sicht abzudunkeln. Dadurch wird zwar eine Überlastung oder Schädigung des Auges verhindert, die Umgebung kann aber nicht mehr detailreich wahrgenommen werden.
Da eine besondere Bedrohung für das Auge von Nahinfrarot-Lasern ausgeht, ist es wünschenswert, diese sonst unsichtbare Strahlung für den Beobachter sichtbar zu machen, um ihn vor der Gefahr zu warnen und eine direkte Lokalisierung der Laserquelle zu ermöglichen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Darstellen einer Umgebung anzugeben, mit der ein menschliches Auge zuverlässig vor einfallender Laserstrahlung geschützt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, bei der das Prozessmittel erfindungsgemäß dazu vorbereitet ist, einfallende Laserstrahlung als solche zu erkennen und im Bild eindeutig als solche zu kennzeichnen. Die physikalische Auftrennung des optischen Strahlengangs durch die Wandlung von Licht in elektrische Signale in der Kamera und wieder zurück in vom Anzeigemittel abgestrahltes Licht gewährleistet einen sicheren Schutz des Auges des Beobachters vor Laserstrahlung. Durch die Kennzeichnung der Laserstrahlung kann diese für den Beobachter leicht auffindbar gemacht werden, so dass eine Laserquelle gemieden oder bekämpft werden kann.
Die Erkennung kann anhand physikalischer Parameter der Laserstrahlung erfolgen, die in natürlicher Strahlung aus der Umgebung nicht vorkommen, wie eine hohe Strahlungsintensität, ein schmales Spektrum, insbesondere um eine für Laser vorbekannte Wellenlänge, gepulste Strahlung, die Bildform der Laserstrahlung, ihre scharfe Abgrenzung oder dergleichen. Die Kennzeichnung kann durch eine besonders hohe Abstrahlung im Bild am Ort des Lasers erfolgen, die eindeutig erkennbar höher ist als die Abstrahlung von allen natürlichen Strahlungsquellen im Bild, anhand eines für einen Laser festgelegten Symbols, Anhand einer für einen Laser festgelegten Farbe, die ansonsten nicht im Bild erscheint, anhand eines blinkenden Lichts oder dergleichen. Eine eindeutige Kennzeichnung kann dadurch erfolgen, dass sie optisch für einen Beobachter unverwechselbar mit anderen Bildinhalten ist, insbesondere auf den ersten Blick unverwechselbar.
Das optische Visier kann eine Brille mit einem Seitenschutz sein, sodass möglichst wenig Licht von außen an die Augen dringt. Zweckmäßigerweise ist eine optische Einheit zwischen dem Auge des Beobachters und dem Anzeigemittel vorhanden, um dem Beobachter den Eindruck einer realen Weitsicht zu vermitteln. Das optische Visier umfasst zweckmäßigerweise zwei parallel ausgerichtete und insbesondere identische Kameras die zweckmäßigerweise mit einem Abstand der optischen Achsen von zwischen 5 bis 10 cm voneinander beabstandet sind. Eine Einrichtung zum aufeinander zu Schwenken der Kameras in der Art eines Schielens in Abhängigkeit von der Entfernung eines abgebildeten Gegenstands ist vorteilhaft.
Die Umgebung wird auf die beiden Detektoren zweckmäßigerweise separat abgebildet und über die beiden Anzeigemittel für das entsprechende Auge jeweils separat sichtbar gemacht. Vorteilhafterweise sind zwei Anzeigemittel zum stereografischen Sehen vorhanden, wobei jede der beiden Kameras Bilddaten nur für eines der beiden Anzeigemittel liefert. Jedem Anzeigemittel ist zweckmäßigerweise jeweils eine optische Einheit zugeordnet, durch die der Blick jeweils eines Auges auf das Anzeigemittel in der Art eines Weitblicks fällt.
Die kompakte Anordnung in Form einer Brille oder eines Schutzvisiers sowie die Übertragung möglichst aller sichtbaren Spektralbereiche führt nur zu geringen Einschränkungen des Beobachters und ermöglicht einen realitätsnahen Seheindruck. Die optische Achse ist nur minimal gegenüber dem Auge verschoben und der räumliche Seheindruck bleibt bei Verwendung von zwei unabhängigen Kameras und Anzeigemitteln erhalten.
Besonders vorteilhaft ist bei dieser Konstruktion der direkte und vollständige und breitbandige Schutz des Auges vor jedweder Art von Laserstrahlung. Um die Blendung der Kamera zu vermeiden, können Laserschutzkomponenten, wie Filter, in die Kamera integriert werden. Der Einsatz eines Detektors mit einem erweiterten Spektralbereich, der also über den visuellen Bereich hinaus geht, erweitert darüber hinaus den Wahrnehmungsbereich des Beobachters erheblich. So kann auch ansonsten unsichtbare infrarote Strahlung dem Beobachter sichtbar gemacht werden, sodass dieser einen infraroten Laser erkennen kann, ohne dass er von dem Laser geblendet wird. Außerdem ist es vorteilhaft, ohnehin anfallende elektronische Bilddaten in weiterer Weise zu verarbeiten und auf das Anzeigemittel zur Anzeige zu übertragen. So können bei Bedarf Zusatzinformationen dargestellt werden. Zusätzlich kann eine Bildverarbeitung integriert werden.
Um einen hell abstrahlenden Laser in einem Bild ohne Überblendung anzeigen zu können bei gleichzeitiger hoher Intensitätsauflösung dunkler Partien des Bilds, ist es vorteilhaft, wenn die Kamera mit einem nicht linearen Aufnahmeverfahren arbeitet. Hierbei wird bereits die Aufnahme der Umgebung so gesteuert, dass die resultierenden Detektordaten bei entsprechender linearer Wiedergabe auf dem Anzeigemittel zu einem nicht linearen Verhältnis zwischen der einfallenden und wiedergegebenen Strahlung führen. Die Nichtlinearität der Aufnahme kann durch mehrere Belichtungszeiten pro Bild mit unterschiedlichen Aufnahmeparametern, beispielsweise unterschiedlicher Blende, unterschiedlicher Belichtungszeit und/oder unterschiedlicher Verstärkung der einzelnen Pixel erreicht werden. Die Mehrfachbelichtung samt Fusion zu einem Bild kann direkt im Detektor ausgeführt werden. Mehrfachaufnahmen können so ausgeführt werden, dass zumindest die übersteuerten Pixel in einer nachfolgenden Aufnahme mit geringerer Verstärkung und/oder Blende erneut belichtet und ausgewertet werden, wobei aufgrund der Aufnahmeparameter auf die einfallenden Intensitäten rückgeschlossen werden kann. Auf diese Weise kann eine Aufnahme mit einem sehr großen Intensitätsdynamikbereich erzielt werden, der durch die nicht lineare Funktion auf einen kleineren Intensitätsdynamikbereich der Wiedergabe reduziert werden kann.
Besonders vorteilhaft ist das Prozessmittel dazu vorbereitet, das Bildaufnahmeverfahren so zu steuern, dass nur ein vorbestimmter Anteil einer möglichen Intensitätsauflösung zur Darstellung der Umgebung verwendet wird und ein weiterer Anteil zur Darstellung der Laserstrahlung. Der erste Anteil kann für übliche Intensitäten natürlicher Strahlung und der weitere Anteil für eine um zumindest den Faktor zwei in der Intensität darüber hinausgehenden Bereich verwendet werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Prozessmittel dazu vorbereitet, einfallende Laserstrahlung als solche zu erkennen und die Wiedergabe des Bilds auf dem Anzeigemittel im Bereich der abgebildeten Laserstrahlung anders zu steuern, insbesondere stärker nicht linear, als die Umgebung der Laserstrahlung.
Weiter ist das Prozessmittel zweckmäßigerweise dazu vorbereitet, einfallende Laserstrahlung als solche zu erkennen und anhand eines symbolischen Warnzeichens auf das Vorhandensein von Laserstrahlung aufmerksam zu machen. Das Warnzeichen kann ein Blinken von den Laser wiedergebenden Bildpixel sein oder ein vordefiniertes Symbol, beispielsweise ein Stern, insbesondere in einer Falschfarbe, beispielsweise lila, da lila in der Natur selten auftritt. Das Warnzeichen kann optisch oder akustisch sein und spezielle Eigenschaften der Laserstrahlung wiedergeben. Ein Blinken oder ein akustisches Pulsieren kann beispielsweise für gepulste Laserstrahlung stehen, und besonderen Laserfrequenzen, beispielsweise von Designatoren oder Laser-Illuminatoren können durch vorher festgelegte Farben als solche angegeben werden.
Vorteilhafterweise ist das Prozessmittel dazu vorbereitet, die einfallende Laserstrahlung nach vorgegebenen Klassen zu klassifizieren und das Warnzeichen entsprechend der Klasse aus mehreren Warnzeichen auszuwählen. Auf diese Weise kann einem Beobachter direkt vermittelt werden, um welche Art von Laser es sich handelt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Prozessmittel dazu vorbereitet ist, gepulste Strahlung im Frequenzbereich höher als 5 Hz als solche zu erkennen. Hierdurch können gepulste Laser erkannt werden und vor ihnen kann besonders gewarnt werden. Zur Erkennung von gepulster Strahlung kann ein Detektor mit mehreren Detektoreinheiten verwendet werden, wobei das Prozessmittel dazu vorbereitet ist, anhand der ersten Detektoreinheit das Bild der Umgebung zu erzeugen und anhand der zusätzlichen Detektoreinheit die gepulste Strahlung zu erkennen. Die Bildauflösung der zusätzlichen Detektoreinheit kann geringer sein als die der ersten Detektoreinheit, es kann z. B. ein Ein-Element-Detektor verwendet werden. Der Bildbereich ist jedoch zweckmäßigerweise zumindest im Wesentlichen gleich groß wie der der ersten Detektoreinheit, um einen gepulsten Laser im gesamten Blickfeld der ersten Detektoreinheit erkennen zu können.
Zum Erkennen spezieller Laser mit besonderen Frequenzen kann eine zusätzliche Detektoreinheit mit einem vorgeschalteten Farbfilter vorhanden sein, dessen Transmissionsband kleiner als ±5% um eine Kernfrequenz, insbesondere um einen Frequenzbereich von 800 nm bis 870 nm, ist, wobei das Prozessmittel vorteilhafterweise dazu vorbereitet ist, einfallende Laserstrahlung anhand von Signalen dieser Detektoreinheit als Laserstrahlung zu erkennen und im Bild als Strahlung eines speziellen Lasers zu markieren. Auf diese Weise kann dem Beobachter dargestellt werden, ob es sich bei dem Laser um einen Designator mit einer Kernfrequenz von beispielsweise 1064 nm ± 30 nm, um einen Illuminator in einem Frequenzbereich von 800 nm ± 30 bis 870 nm ± 30 oder um einen anderen speziellen Laser handelt.
Besonders vorteilhaft ist ein Mehrfelddetektor als zusätzliche Detektoreinheit mit zumindest einem Feld zur Pulserkennung und zumindest einem Feld zur Laserfrequenzerkennung. Ein Feld kann hierbei aus einem Pixel oder einem Bereich von mehreren Pixel bestehen.
Weiter wird vorgeschlagen, dass der Detektor ein Vierfarbdetektor mit Infrarot als vierter Farbe ist und die vierte Farbe als Falschfarbe auf dem Anzeigemittel dargestellt wird. Hierdurch kann der visuelle Wahrnehmungsbereich des Beobachters erweitert werden und der Beobachter kann in besonders einfacher Weise zwischen sichtbarer und infraroter Strahlung unterscheiden. Die vierte Farbe kann eine reine Nahinfrarotfarbe sein, sodass eine eindeutige Klassifizierung als infrarote Strahlung erreichbar ist. Dabei kann für den infraroten Farbkanal eine beliebige Darstellung auf dem Anzeigemittel gewählt werden.
Es ist auch möglich, für jede Farbe einen einzelnen Detektorchip vorzusehen, sodass drei Detektorchips für den visuellen und ein Detektorchip für den infraroten Bereich, insbesondere den nahen Infrarotbereich vorhanden sind. Damit ist es besonders einfach möglich, Infrarotlaser direkt sichtbar zu machen, zu erkennen und sie mit dem Auge zu verfolgen, auch dann, wenn ihre Intensitäten nicht wesentlich oder gar nicht über die Intensität ihrer Umgebung hinausgeht. Hierdurch kann eine Laserbedrohung, die bisher durch ein Laserwarngerät erkannt wurde, direkt sichtbar gemacht werden. So kann beispielsweise ein Hubschrauberpilot auf die Warnung eines Laserwarners reagieren, indem er – ohne Gefahr für seine Augen – mit der hier vorgeschlagenen Vorrichtung in die durch den Laserwarner grob vorgegebene Richtung blickt. Er kann den die Warnung auslösenden Laser genau lokalisieren und eventuell bekämpfen.
Zur Erkennung von Nahinfrarotlasern kann eine übliche Kamera auf Siliziumbasis verwendet werden, deren Empfindlichkeitsbereich bis etwa 1100 nm reicht und deren Nahinfrarot-Filter entfernt wurde. Durch die Entfernung des Infrarotfilters wird bei einem üblichen Dreifarbdetektor mit drei Farbfiltern die infrarote Strahlung in allen Farbkanälen angezeigt, sodass ein weißer Fleck entsteht. Eine solche Darstellung kann im einfachsten Fall bereits ausreichen. Zweckmäßigerweise ist jedoch nur einer der drei Farbfilter im Infraroten transparent, sodass der infrarote Laser nur in der Farbe dieses Farbkanals auf dem Anzeigemittel dargestellt wird. Dieser eine Farbfilter kann der Rotfilter sein, sodass der rote Kanal vom sichtbaren Rot bis zumindest 1000 nm, insbesondere bis zumindest 1070 nm durchgehend transparent ist. Ein Infrarotlaser erscheint hierdurch dem Beobachter rot.
Ein realitätsnaher Seheindruck entsteht, indem die Kamera ihre Blickrichtung entsprechend der Kopfbewegung des Beobachters in die Umgebung ausrichtet. Sie ist somit zweckmäßigerweise Teil des optischen Visiers und an diesem insbesondere fest verbunden. Dreht der Beobachter seinen Kopf, so wird auch die Kamera gedreht und in die vom Beobachter ausgewählte Richtung ausgerichtet.
Ist die Sicht des Beobachters jedoch eingeschränkt, beispielsweise in einem Fahrzeug, wie einem Panzer oder einem Hubschrauber, so kann es vorteilhaft sein, die Kamera an der Außenseite des Fahrzeugs zu befestigen. Hierdurch erhält die Kamera freie Sicht, sodass eine ungehinderte Beobachtung der Umgebung ermöglicht wird. Um die Ausrichtung des aufgenommenen Bilds mit der Bewegung des Kopfs des Beobachters zu synchronisieren kann im optischen Visier ein Bewegungssensor oder Richtungssensor vorhanden sein, der dem Prozessmittel die Ausrichtung des optischen Visiers mitteilt. Entsprechend kann eine Bewegung der Kamera an der Außenseite des Fahrzeugs gesteuert werden, sodass die Ausrichtung der Kamera und des optischen Visiers synchronisiert sind.
Etwas einfacher ist eine Simulierung dieser Synchronisierung. Hierbei kann die an der Außenseite des Fahrzeugs befestigte Kamera ein Weitwinkelbild liefern, von dem nur ein Teil auf dem Anzeigemittel dargestellt wird. Durch den Richtungs- oder Bewegungssensor am optischen Visier wird der Bildbereich des Weitwinkelbilds ausgewählt, sodass es dem Beobachter so erscheint, als ob sich die Kamera mit seiner Bewegung des Kopfs in der Umgebung ausrichtet. Hierzu nimmt die Kamera die Umgebung zweckmäßigerweise in einem Winkelbereich auf, dessen waagerechte Ausdehnung – waagerecht ist hierbei bezogen auf das auf einer waagerechten Fläche stehende Fahrzeug – zumindest zweimal so groß ist wie der auf dem Anzeigemittel dargestellte Winkelbereich.
Weiter ist es vorteilhaft, wenn das Prozessmittel dazu vorbereitet ist, Ergebnisse eines Laserradars in das Bild auf dem Anzeigemittel einzukoppeln. So können beispielsweise aus dem Laserradar gewonnene Bilddaten in das Bild eingekoppelt werden, z. B. so, als ob sie von der Kamera aufgenommen worden wären. Hierdurch können dem Bediener Zusatzinformationen gegeben werden, beispielsweise Leitungen zwischen Hochspannungsmasten, die im Visuellen beispielsweise in der Dämmerung schlecht oder nicht wahrnehmbar sind, oder Entfernungen zu Gegenständen. Auch auf diese Weise kann die optische Erkennungsfähigkeit des Beobachters erweitert werden, sodass beispielsweise ein sicheres Fliegen eines Flugzeugs oder Hubschraubers erreicht werden kann.
Die Erfindung ist außerdem auf ein Verfahren zum Darstellen einer Umgebung auf einem Anzeigemitte in einem optischen Visier gerichtet, bei dem die Umgebung mit einer Kamera auf einen Detektor abgebildet wird, und ein Prozessmittel das Bild auf dem Anzeigemittel aus Bildsignalen des Detektors erzeugt und ein Körperhalter das Anzeigemittel vor dem Auge eines Beobachters bei einer Bewegung des Beobachters mitführt. Erfindungemäß erkennt das Prozessmittel einfallende Laserstrahlung als solche und kennzeichnet sie im Bild eindeutig als solche.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung und die Beschreibung enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination, die der Fachmann zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen wird.
Es zeigen:
1 eine Vorrichtung zum Darstellen einer Umgebung auf einem Anzeigemittel mit einem optischen Visier zum Schutz des menschlichen Auges vor Laserstrahlung und einer Kamera mit einem Detektor,
2 eine Übertragungsfunktion, mit der die Intensität von auf den Detektor einfallender Strahlung in eine Intensität der vom Anzeigemittel abgestrahlten Strahlung übertragen wird,
3 eine schematische Darstellung eines Vierfarbdetektors mit vier Detektorchips und
4 eine schematische Darstellung eines Detektors mit einer Dreifarbeinheit und einer Einheit für Spezialaufgaben.
1 zeigt eine Vorrichtung zum geschützten Betrachten einer Umgebung. Die Vorrichtung umfasst ein optisches Visier 2 mit einem Körperhalter 4, mit dem das optische Visier 2 am Kopf, an der Schulter oder einer anderen Stelle eines Beobachters in der Art befestigt werden kann, dass es wie eine Brille mit einer Kopfbewegung des Beobachters mitbewegt wird. Das optische Visier 2 ist nach außen hin mit einer laserdichten Wandung 6 versehen, die in 1 anhand dicker Linien angedeutet ist, und die das Auge 8 des Beobachters rundum gegen den Einfall von Laserstrahlung schützt. In das optische Visier 2 eingesteckt ist eine Kamera 10 mit einer optischen Einheit 12 zum Abbilden der Umgebung auf einen Detektor 14. Über eine Schnittstelle 16 und Datenleitungen 18 ist der Detektor 14 mit einem Prozessmittel 20 des optischen Visiers 2 signaltechnisch verbunden. Das Prozessmittel 20 wiederum ist mit einem Anzeigemittel 22 und einer weiteren Schnittstelle 24 zur Verbindung des optischen Visiers 2 nach außen mit weiteren Datenverarbeitungseinheiten über weitere Datenleitungen 18 verbunden. Über eine weitere optische Einheit 26 ist das Anzeigemittel 22 vom nahen Auge 8 direkt so betrachtbar, als ob das Auge 8 anstatt auf das Anzeigemittel 22 in die Umgebung schaut.
In einer vorteilhaften Ausführungsform enthält das optische Visier zwei Einsteckstellen für jeweils eine Kamera 10, die nach dem Einstecken parallel ausgerichtet sind, jedoch mit einem Bildversatz von etwa 7 cm. Bei Vorhandensein einer Schieleinrichtung kann von der Parallelität abgewichen werden. Das optische Visier 2 umfasst für jede Kamera 10 eine eigene optische Einheit 26, sodass jedes Auge 8 des Beobachters nur auf jeweils ein Anzeigemittel 22, nämlich das dem Auge 8 zugewiesene Anzeigemittel 22 schauen kann. Auf diese Weise wird den Augen 8 des Beobachters räumliches Sehen vorgespielt.
Durch das einfache Einstecken der Kameras in die dafür vorgesehene Stelle des optischen Visiers 2 können die Kameras 10 einfach ausgetauscht werden, sodass je nach Anwendung unterschiedliche Kameras 10 zum Einsatz kommen können. Durch ein solches System aus einem optischen Visier 2 und zumindest zwei unterschiedlichen Kamerapaaren kann ein Beobachter mehrere unterschiedliche optische Aufgaben, beispielsweise das Tagsehen und das Nachtsehen, besonders einfach und gut ausführen. Hierbei sind die Kameras 10 eines Paars identisch zueinander, wobei die Kameras 10 des einen Paars unterschiedlich zu den Kameras des anderen Paars sind. Das optische Visier 2 weist für jede Kamera eines Kamerapaars ein Haltemittel zum Halten der jeweiligen Kamera 10 in einer vorbestimmten Position zueinander auf, wobei die beiden Kameras eines Kamerapaars parallel ausgerichtet sind.
Zur Verwendung der Darstellungsvorrichtung nimmt ein Beobachter das optische Visier 2 mit der oder den Kameras 10 und befestigt diese Vorrichtung mit Hilfe des Körperhalters 4 z. B. an seinem Kopf. Nach einem Einschalten und gegebenenfalls initialisieren der Kamera 10 und des optischen Visiers 2 wird die Umgebung mit Hilfe der optischen Einheit 12 auf den Detektor 14 abgebildet. Der Detektor 14 kann einen oder mehrere Detektorchips aufweisen, der bzw. die die Abbildung abtasten und in elektrische Signale umwandeln und an das Prozessmittel 20 weitergibt. Dieses bearbeitet die Signale bzw. Daten aus dem Detektor 14 und erzeugt daraus ein neues Bild, das auf dem Anzeigemittel 22 dargestellt wird. Dieses Bild entspricht im Wesentlichen der auf dem Detektor 14 abgebildeten Abbildung der Umgebung, ist jedoch durch das Prozessmittel 20 auf dem Wege der Bildverarbeitung insoweit bearbeitet, dass die Abbildung verändert wurde und zusätzliche Informationen in das Bild eingeblendet sind.
Eine wesentliche Veränderung, die das Prozessmittel 20 von der Abbildung zum dargestellten Bild auf dem Anzeigemittel 22 durchführt, ist, die Intensitätsdynamik, der auf den Detektor 14 einfallenden Strahlung so zu verändern, dass sie auf dem Anzeigemittel 14 nicht linear wiedergeben ist. Eine Übertragungsfunktion F zur Übertragung der Strahlungsintensität I, die auf den Detektor 14 auftrifft in die vom Anzeigemittel 22 wiedergegebene Intensität, ist in 2 dargestellt. Auf der Abszisse ist die Intensität I der auf den Detektor 14 einfallenden Strahlung linear aufgetragen, beispielsweise in W/mm². Auf der Ordinate ist die Funktion F(I) aufgetragen, die diese Intensität in eine Abstrahlintensität, beispielsweise ebenfalls in W/mm², der vom Anzeigemittel 22 abgestrahlten Strahlung dargestellt.
Üblicherweise verläuft diese Funktion F(I) von Null bis zu einer Sättigungsintensität S₀ linear, wie durch die gestrichelte Linie in 2 angedeutet ist. Oberhalb dieser Sättigungsintensität läuft der Detektor 14 in die Sättigung, sodass eine höhere einfallende Strahlungsintensität nicht mehr in eine höhere Abstrahlungsintensität umgewandelt werden kann. Je nach Belichtungszeit und Blendenöffnung kann diese Funktion F(I) im Bereich von 0 bis S₀ mehr oder weniger steil sein, wobei eine maximale auf den Detektor einstrahlende Intensität I₀, wie in 2 gezeigt, zweckmäßigerweise gerade noch auflösbar ist, also nicht in der Sättigung liegt.
Demgegenüber steuert das Prozessmittel 20 das Aufnahmeverfahren durch die Kamera 10 so, dass die Funktion F auch außerhalb der Sättigung, also innerhalb des auflösbaren Intensitätsbereichs, nicht linear verläuft. Insgesamt wird die Intensitätsdynamik in beispielsweise 90% der maximalen Intensitätsauflösung, z. B. 10 bit, also 90% der Bittiefe, eingepasst. Im Ausführungsbeispiel sei die Bittiefe 10 bit von 0 bis S₀. Hiervon werden 90% bis etwas über S₃ verwendet.
In einer ersten Aufnahme wird bei beispielsweise großer Blende, langer Belichtungszeit und/oder großer Detektorverstärkung der Detektor 14 belichtet, und das Prozessmittel 20 wertet die durch die einzelnen Pixel, also Detektorelemente, aufgenommene Intensität aus. Diejenigen Pixel, die nicht in der Sättigung liegen, liefern einen Bildbetrag. Für den Intensitätsbereich von 0 bis zur Intensität I₁, bei der die Pixel in dieser ersten Aufnahme in die Sättigung gehen, ist der Anteil der maximalen Auflösung von 0 bis S₁, z. B. 35%, reserviert. Auch für das Bild auf dem Anzeigemittel wird für diesen Bereich zwischen 0 und I₁ also nur der Anzeigebereich zwischen 0 und S₁ gewählt, sodass die Pixel, die bei diesem ersten Bild nicht in die Sättigung gehen, auf dem Anzeigemittel 22 relativ dunkel leuchten. Allerdings sind auch diese dunklen Szenen eindeutig zu erkennen, da im Bereich zwischen 0 und S₁ eine hohe Intensitätsauflösung von z. B. 35% möglich ist.
Anschließend wird eine zweite Aufnahme mit beispielweise kleinerer Blende, kürzerer Belichtungszeit und/oder kleinerer Detektorverstärkung aufgenommen. Bei dieser Aufnahme laufen erst diejenigen Pixel in die Sättigung, in die mit einer Intensität oberhalb I₀ eingestrahlt wird. Alle anderen Pixel liefern eindeutige Intensitätswerte, die vom Prozessmittel 20 erfasst werden. Für die Intensitätsauflösung zwischen S₁ und S₂ werden beispielsweise wieder 35% zur Verfügung gestellt, sodass der gesamte Intensitätsbereich zwischen 0 und I₀ mit 70% der Bittiefe aufgelöst ist. Auf diese Weise wird nur der vorbestimmte Anteil einer möglichen Intensitätsauflösung, nämlich von 0 bis S₂, zur Darstellung der Umgebung verwendet und der zwischen S₂ und S₀ liegende Anteil der Intensitätsauflösung zur Darstellung technischer Strahlung, wie beispielsweise Laserstrahlung.
Eine dritte Aufnahme wird nun mit einer noch kleineren Blende und/oder noch kleineren Belichtungszeit aufgenommen, bei der erst diejenigen Pixel des Detektors 14 in die Sättigung gehen, die mit einer Intensität oberhalb von I₀ bestrahlt werden. Diese Intensität liegt oberhalb der natürlich vorkommenden Einstrahlung auf den Detektor 14, sodass ein Laser, der mit der Intensität I_L auf einen oder mehrere Pixel des Detektors 14 einstrahlt, bereits anhand der Intensität eindeutig als Laser klassifiziert werden kann. Der Bereich zwischen I₀ und I₃ wird beispielsweise mit 20% der maximalen Bittiefe aufgelöst, sodass die gesamte Intensitätsbreite zwischen 0 und I₃ mit 90% der maximalen Bittiefe aufgelöst wird. Von jeder der drei Aufnahmen werden nur diejenigen Pixel verwendet, die erstmals nicht in der Sättigung liegen.
Durch dieses Aufnahmeverfahren kann sowohl die Einstrahlintensität dunkler Bereiche hoch aufgelöst werden, sodass auch die dunklen Bereiche der Umgebung ohne Unterbelichtung auf dem Anzeigemittel 22 dargestellt werden können, sodass ihr Bildinhalt erkennbar ist. Außerdem kann die Intensität auch sehr stark einstrahlender Laser im Bild erkannt werden, sodass bereits aus der eingestrahlten Intensität deutlich ist, ob es sich um natürliche Strahlung oder technische Strahlung handelt. Zum Schutz des Detektors 14 gegen Beschädigung können zusätzlich geeignete Filter in oder vor der optischen Einheit 12 angeordnet sein.
3 zeigt eine schematische Darstellung des Detektors 14, der vier Detektorchips 28, 30, 32, 34 enthält. Aus der optischen Einheit 12 austretende Strahlung 36 wird zunächst über einen Strahlteiler 38 in infrarote Strahlung und kurzwelligere Strahlung aufgeteilt. Die infrarote Strahlung wird auf den Detektorchip 28 geleitet, der im Spektralbereich zwischen 800 und 1100 nm empfindlich ist. Die übrige Strahlung wird über einen weiteren Strahlteiler 40 auf die drei weiteren Detektorchips 30, 32, 34 geleitet, die im roten, grünen bzw. blauen Spektralbereich empfindlich sind. Die Detektorchips 28–34 sind mit dem Prozessmittel 20 zur Auswertung verbunden, sodass dieses aus den Signalen des Detektors 14 ein Vierfarbbild errechnen und auf dem Anzeigemittel 22 darstellen kann. Die infrarote Strahlung wird hierbei auf dem Anzeigemittel 22 in Falschfarben dargestellt, beispielsweise in Tönen der Farbe Lila, die in der Natur sehr selten vorkommt, sodass ein Beobachter aus dem Bild auf dem Anzeigemittel 22 infrarote Strahlung leicht als solche erkennen kann.
Ein alternativer Detektor 42 ist in 4 dargestellt. Er umfasst eine erste Detektoreinheit 44, die als Dreifarbdetektor ausgebildet ist. Dessen roter Detektorchip 48 ist auch im infraroten Spektralbereich empfindlich und ohne IR-Filter, sodass infrarote Strahlung in einem roten Farbton auf dem Anzeigemittel 22 wiedergeben wird. Infrarote Strahlung wird durch IR-Filter vor den Detektoreinheiten 32, 34 von diesen ferngehalten, ebenso wie von den Detektoreinheiten 30, 32, 34 aus 3.
Die zweite Detektoreinheit 46 umfasst vier Detektorelemente 50, 52, 54, 56, die beispielsweise jeweils als Ein-Pixel-Element ausgeführt sind. Das Detektorelement 50 ist hinsichtlich seiner Empfindlichkeit oder mit Hilfe eines vorgeschalteten Filters so eingestellt, dass es nur für Strahlung mit der Frequenz von 1064 nm ± 30 nm empfindlich ist. Diese Frequenz wird typischerweise für die Designatoren verwendet, sodass ein Signal aus dem Detektorelement 50 auf das Einstrahlen eines Designators auf den Detektor 42 hinweist. Das Detektorelement 52 ist analog ausgeführt, wobei seine Kernfrequenz jedoch bei 835 nm liegt mit einem Toleranzband von ±65 nm. Die Frequenz von z. B. 808 nm wird typischerweise für Illuminatoren verwendet, sodass ein Signal des Detektorelements 52 auf das Einstrahlen eines Illuminators auf den Detektor 42 hindeutet.
Das Detektorelement 54 ist ein sehr schneller Detektor, der im Bereich des infraroten und sichtbaren Spektralbereichs empfindlich ist. Mit ihm werden Aufnahmen einer schnellen Bildfolge gemacht, sodass regelmäßige Intensitätsschwankungen des auf den Detektor 42 abgebildeten Bildes erkannt werden können. Auf diese Weise kann gepulst Strahlung im Frequenzbereich von höher als 5 Hz als solche erkannt werden, sodass ein gepulster Laser anhand des Signals des Detektorelements 54 erkannt werden kann. Die Frequenz der gepulsten Strahlung wird vom Prozessmittel 20 erfasst und zur Markierung von speziellen Lasern im Bild auf dem Anzeigemittel 22 verwendet. Das Detektorelement 56 kann für eine weitere Spezialaufgabe zur Verfügung stehen.
Selbstverständlich sind auch Kombinationen der Detektoren 14 und 42 möglich, sodass auch ein Vierfarbdetektor 14 mit einer Detektoreinheit 46 ausgestattet sein kann.
Aus den Signalen des Detektors 14, 42 ermittelt das Prozessmittel 20, ob ein Laser in das auf den Detektor 14, 42 abgebildete Bild einstrahlt. Diese Erkennung kann anhand der aufgelösten Intensität des Lasers, beispielsweise wie zu 2 beschrieben erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann die Erkennung anhand eines oder mehrerer Detektorelemente 50–56 erfolgen, die nur für technische Strahlung sensitiv sind oder aus denen gepulste Strahlung als solche eindeutig erkennbar ist.
Nach der Erkennung eines Lasers in der Umgebung stellt das Prozessmittel 20 den Laser auf dem Anzeigemittel 22 eindeutig als solches dar. Dies kann durch eine besonders hohe Abstrahlung des Anzeigemittels 22 im Bereich des abgebildeten Lasers geschehen, aus der der Beobachter den Laser eindeutig erkennen kann. Ebenfalls möglich ist eine symbolische Markierung durch beispielsweise ein Kreuz, ein Dreieck oder ein Viereck oder dergleichen. Ein gepulster Laser wird zweckmäßigerweise durch ein blinkendes Symbol dargestellt. Optional erzeugt das Prozessmittel 20 eine akustische Warnung, wenn Laserstrahlung auf den Detektor 14, 42 fällt. Auf diese Weise wird ein Beobachter auch akustisch darauf hingewiesen, wenn ein Laser in seinem Blickfeld auftaucht bzw. im Blickfeld des optischen Visiers 2 bzw. der Kamera 10. Er kann den Laser nun visuell suchen, wobei ihm die Suche durch die eindeutige Anzeige im Bild erleichtert wird. Durch das besondere Aufnahmeverfahren und die dadurch erzeugte hohe Intensitätsauflösung in jedem Intensitätsbereich kann der Laser als solcher erkannt werden und zeitgleich auch dunkle Bereiche so aufgelöst werden, dass ihr Bildinhalt eindeutig erkennbar ist. Ein stark strahlender Laser in einer dunklen Umgebung kann so in einfacher und für die Augen sicherer Weise vom Beobachter in der Umgebung erkannt werden.
Mit Hilfe der Detektoreinheit 46 kann das Prozessmittel 20 einfallende Laserstrahlung nach vorgegebenen Klassen klassifizieren, beispielsweise nach Illuminatoren, Designatoren und gepulsten Lasern, und ein entsprechendes Zeichen in das Bild auf dem Anzeigemittel 22 einblenden. Das entsprechende Zeichen kann an der Stelle, in der der Laser im Bild abgebildet ist, erfolgen oder einer zusätzlichen Stelle, beispielsweise an einer Seite des Bilds, wobei das Symbol bzw. Zeichen groß ausgeführt werden kann, ohne dass es das Erkennen der Umgebung stört.
Ist die Sicht eines Beobachters eingeschränkt, beispielsweise innerhalb eines Panzers, einem Flugzeugcockpit oder dergleichen, kann es vorteilhaft sein, die Kamera 10 bzw. die beiden Kameras 10 außen am Fahrzeug zu positionieren, wo uneingeschränkte Sicht ermöglicht ist. Die Schnittstelle 16 im optischen Visier 2 kann nun zur datentechnischen Verbindung der außen am Fahrzeug angebrachten Kamera 10 mit dem optischen Visier 2 dienen, sodass dem Beobachter die Sicht aus dem Blickpunkt der Kamera 10 ermöglicht wird.
Eine weitere Möglichkeit besteht in dem Einkoppeln von Ergebnissen eines Laserradars in das Bild auf dem Anzeigemittel 22. Ist ein Fahrzeug beispielsweise mit einer solchen Einrichtung ausgestattet, so wird die Umgebung durch das Laserradar abgetastet und ein Bild oder ein anderes Ergebnis der Umgebung ermittelt. In jedem Fall können Entfernungen von Gegenständen ermittelt werden. Diese Gegenstände sind auch in dem von der Kamera 10 aufgenommenen und auf dem Anzeigemittel 22 angezeigten Bild dargestellt. Auf dem Anzeigemittel 22 kann nun beispielsweise eine Entfernung ausgewählter Gegenstände anhand von eingeblendeten Zahlen, einer Farbgebung der Gegenstände oder einer sonstigen Markierung erfolgen. So können beispielsweise schlecht sichtbare Drähte einer Überlandleitung durch das Laserradar besonders gut erfasst werden, wohingegen sie auf dem Anzeigemittel 22 im Bild der Kamera 10 nur schlecht zu erkennen sind. Die Information des Laserradars kann dazu verwendet werden, die Gegenstände besonders hell zu kennzeichnen oder dicker oder besonders nahe Gegenstände durch Blinken oder andere Mittel hervorzuheben.
Bezugszeichenliste

2: optisches Visier
4: Körperhalter
6: Wandung
8: Auge
10: Kamera
12: optische Einheit
14: Detektor
16: Schnittstelle
18: Datenleitung
20: Prozessmittel
22: Anzeigemittel
24: Schnittstelle
26: optische Einheit
28: Detektorchip
30: Detektorchip
32: Detektorchip
34: Detektorchip
36: Strahlung
38: Strahlteiler
40: Strahlteiler
42: Detektor
44: Detektoreinheit
46: Detektoreinheit
48: Detektorchip
50: Detektorelement
52: Detektorelement
54: Detektorelement
56: Detektorelement

Claims

Vorrichtung zum Darstellen einer Umgebung mit einer Kamera (10) zum Abbilden der Umgebung auf einen Detektor (14, 42), einem optischen Visier (2) mit einem Anzeigemittel (22) zum Darstellen der Umgebung in einem Bild, einem Prozessmittel (20), das zum Erzeugen des Bilds auf dem Anzeigemittel (22) aus Bildsignalen des Detektors (14, 42) vorbereitet ist und einem Körperhalter (4), der zum Mitführen des Anzeigemittels (22) vor dem Auge (8) eines Beobachters bei einer Bewegung des Beobachters vorbereitet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessmittel (20) dazu vorbereitet ist, einfallende Laserstrahlung als solche zu erkennen und im Bild eindeutig als solche zu kennzeichnen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessmittel (20) dazu vorbereitet ist, das Bildaufnahmeverfahren so zu steuern, dass nur ein vorbestimmter Anteil (S₁, S₂) einer möglichen Intensitätsauflösung zur Darstellung der Umgebung verwendet wird und ein weiterer Anteil (S₃) zur Darstellung der Laserstrahlung.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessmittel (20) dazu vorbereitet ist, einfallende Laserstrahlung anhand eines symbolischen Warnzeichens im Bild zu markieren.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessmittel (20) dazu vorbereitet ist, die einfallende Laserstrahlung nach vorgegebenen Klassen zu klassifizieren und das Warnzeichen entsprechend der Klasse aus mehreren Warnzeichen auszuwählen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessmittel (20) dazu vorbereitet ist, gepulste Strahlung im Frequenzbereich höher als 5 Hz als solche zu erkennen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (14) eine Detektoreinheit (46) mit einem vorgeschalteten Farbfilter enthält, dessen Transmissionsband kleiner als ±5% um eine Kernfrequenz ist, wobei das Prozessmittel (20) dazu vorbereitet ist, einfallende Laserstrahlung anhand von Signalen dieser Detektoreinheit (46) als Laserstrahlung zu erkennen und im Bild als Strahlung eines speziellen Lasers zu markieren.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (14) ein Vierfarbdetektor mit Infrarot als vierter Farbe ist und die vierte Farbe als Falschfarbe auf dem Anzeigemittel (22) dargestellt wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor (42) einen Dreifarbdetektor mit drei Farbfiltern umfasst, von denen nur einer im Infraroten transparent ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (10) an der Außenseite eines Fahrzeugs und das Anzeigemittel (22) im Fahrzeug angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessmittel (20) dazu vorbereitet ist, Ergebnisses eines Laserradars in das Bild auf dem Anzeigemittel (22) einzukoppeln.