DE19857969A1

DE19857969A1 - Objektverfolgungsvorrichtung

Info

Publication number: DE19857969A1
Application number: DE1998157969
Authority: DE
Inventors: Roland Radojewski
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-12-16
Filing date: 1998-12-16
Publication date: 2000-06-29

Abstract

Um sich bewegende Objekte einfacher erfassen zu können, umfaßt eine Vorrichtung zum Verfolgen sich bewegender Objekte eine Ziel-Kamera-Einheit (4, 41), die sowohl über einen Framgrabbler (2) als auch wenigstens über eine Steppmotorensteuerung (3) mit einer Recheneinheit (1) verbunden ist. Die Recheneinheit (1) ist derart programmiert, daß sie die Ziel-Kamera-Einheit (4, 41) in folgenden Schritten ansteuert: DOLLAR A a) Aufnehmen von Bildern des Objekts (6) und deren Umwandlung in ein Objektrauschen, DOLLAR A b) Simulierung eines Hintergrundrauschens, Zeichnen eines Inhaltes eines Cursors (8) und Laden in einen Array, Berechnung eines Mittelwertes des Arrays und dessen Abziehen aus dem Array, zufällige Wahl eines Ortes in einem Fangbereich, in dem das Objekt neu gezeichnet und wenigstens ein Korrelationswert gesetzt wird, Zeichnen des Cursors (8) um das neu bestimmte Objekt (6) und Markierung des Fangbereichs, DOLLAR A c) Ausgabe von Steuersignalen an die Steppmotorensteuerung, mit der die Ziel-Kamera-Einheit (4, 41) so nachgeführt wird, daß sich das Objekt (6) stets in einer Mitte eines Bildes (7) befindet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verfolgen sich bewegender Objekte, die aufweist wenigstens eine Ziel-Kamera- Einheit für eine Erfassung und Anpeilung des Objektes.

Sich bewegende Objekte, wie Flugzeuge werden mit zu verstel lenden Kamera aufgenommen. Das aufgenommene Bild wird zum Zielen durch ein Geschütz auf das Flugzeug verwendet.

Nachteilig ist, das manuelle Nachstellen der Kamera ungenau und der subjektiven Einstellfähigkeit abhängig ist. Damit wird das Flugzeug nicht richtig erfaßt und das Geschütz kann nicht richtig zielen.

Es stellt sich deshalb die Aufgabe, eine Vorrichtung zum Ver folgen sich bewegender Objekte so weiter zu entwickeln, daß das sich bewegende Objekt wenigstens einfacher zu erfassen ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des An spruchs 1 gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbeson dere darin, daß die Ziel-Kamera-Einheit so verstellt wird, daß das sich bewegende Objekt immer in der Mitte eines Bil des zu sehen ist. Hierdurch wird das Zielen auf das bewegen de Objekt und damit die Treffsicherheit wesentlich erhöht.

Der besondere Vorteil der gefundenen Lösung besteht darin, daß diese nicht nur auf das Einstellen und Verstellen einer Ziel-Kamera-Einheit beschränkt ist. Sie ist auf Anwendungs fälle mit ähnlichem Inhalt erweiterbar.

An der Ziel-Kamera-Einheit können Verstellmotoren angeordnet sein, die mit der Steppmotorensteuerung verbunden sein kön nen. Die Steppmotorensteuerung kann dabei aus einer Steuer einheit, realisiert durch einen Mikrorechner oder derglei chen und eine daran angeordnete Leistung der Steuerung, realisiert durch Halbleiterschalter, Schütze oder derglei chen bestehen. Diese Steppmotorensteuerung setzt die von der Recheneinheit abgegebenen Steuersignale entsprechend um.

Die Recheneinheit selbst kann ein Computer sein, der mit einer Bildschirmeinheit zur Darstellung des Bildes verbunden sein kann. Einsetzbar ist auch die Konfiguration eines Per sonal-Computers.

Die Verstellmotoren können als Steppmotoren ausgebildet sein. Hierdurch wird eine genaue Verstellung der Ziel-Kamera- Einheit gewährleistet.

Die Ziel-Kamera-Einheit kann aus einer Kamera und einem Ziel objekt bestehen, die einzeln oder gemeinsam zu verstellen sind. Die Kamera, der Computer und die Bildschirmeinheit können zu einem Gerät zusammengefaßt sein. Hierdurch ist eine genaue und exakte Verstellung durch die Steppmotoren möglich.

Ein Ausführungsbeipsiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen in schematischer Darstellung.

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Objektverfolgungsvorrich tung,

Fig. 2 eine zweidimensionale Verstellung mit einer Vorrich tung gemäß Fig. 1 und

Fig. 3a) bis 3d) eine Korrelation mit Positionsbestimmung eines Objekts mit einer Vorrichtung gemäß Fig. 1.

In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer Objektverfolgungs einrichtung dargestellt.

Sie besteht aus einer Kamera 4, die mit einem Zielgerät 41, z. B. einem Geschütz, gekoppelt sein kann. Hieran sind Stepp motoren 5 angeordnet, die wenigstens die Kamera in einem Koordinatensystem 20 in einer X-, Y- und Z-Achse verstellen. Das Zielobjekt 41 kann mit Hilfe der gleichen Steppmotoren 5 verstellt werden. Es kann aber auch eine Verstellung über ein anderes Verstellsystem erfolgen.

Mit der Kamera 4 ist ein Framegrabber 2 verbunden. Die Stepp motoren 5 dagegen sind mit einer Steppermotorensteuerung 3 verbunden. Sowohl der Framegrabber 2 als auch die Stepper motorensteuerung 3 sind an einem Computer 1 angeordnet.

Unter Frame-Grabbing wird das Herausgreifen von Einzelbil dern aus einer Folge von Bildern verstanden. Die Bilder wer den gespeichert und können mit Daten dargestellt werden.

Mit dem Computer 1 ist eine Bildschirmeinheit 7 verbunden, auf der ein Cursor 8 hin und her läuft.

Vor der Kamera 4 und dem Zielobjekt 41 bewegt sich ein Ziel objekt 6.

Im Computer 1 ist ein Programm abgelegt, das nach nachstehen dem Programmablaufplan arbeitet:

Die Arbeitsweise der Objektverfolgungsvorrichtung, wie sie sich aus dem dargestellten Ausführungsbeispiel ergibt, sei anhand der Fig. 1, 2 und 3a) bis 3d) erläutert.

Mit einer Funktion Objekt wird eine Punktmenge von 12 Pixeln mit einer Hintergrundhelligkeit 14 gezeichnet. Mit einer Funktion Zufall wird zunächst ein Hintergrundrauschen 15 simuliert. Danach wird mit der Funktion Objekt ein Objekt 6 an einer Stelle gezeichnet.

Um das Objekt wird der Cursor 8 gezeichnet. Der Inhalt des Cursors 8 wird in einen Array geladen. Die Variable Mitte des Arrays erhält den Wert "0". Danach wird durch den Com puter 1 der Mittelwert des Arrays berechnet. Aus dem Array wird dann der Mittelwert abgezogen und damit ein Korrelator geladen.

Ein Korrelator ist ein Gerät zur Bildung, Beobachtung oder Registrierung der Korrelationsfunktion. Mit Hilfe des Korre lators kann man feststellen, ob in einem überlagerten Rau schen ein Nutzsignal vorhanden ist und zu welchem Zeitpunkt und mit welchem Effektivwert es aufgetreten ist. Es wird zwischen einem analog und einem digital arbeitenden Korrela tor unterschieden. Bei dem zum Einsatz kommenden digital ar beitenden Korrelator (Polaritätskorrelator) wird nun die Korrelation der Nulldurchgänge bewertet. Als Multiplikator dient eine Äquivalenzschaltung, als Integrator ein Summen glied, z. B. ein Vorwärts-Rückwärts-Zähler. Speicher und Zählungsglied werden von einem Schieberegister gebildet.

Schließlich kann die Korrelationsfunktion auch nach einer AD-Umsetzung mit einem Kleinrechner gebildet werden. Fein strukturierung und angepaßtes Filter verbessern bei der Ortung trotz einer relativ langen Signaldauer (zwecks Er höhung der Signalenergie) die Auflösung von Zeit und Ent fernung wesentlich.

Danach werden die Funktion Zufall und Objekt aufgerufen. Hierdurch wird ein zufälliger Ort innerhalb eines Fangbe reiches 9 (vgl. Fig. 3b) gewählt, um das Objekt 16 neu zu zeichnen.

Die Objekthelligkeit beträgt 150, das Objektrauschen 50. Mit g = -4.000.000 wird der erste Korrelationsvergleichswert ge setzt (vgl. Fig. 3c und 3d) bei einem Objektwert b.

Danach erfolgt die eigentliche Korrelation mit Hilfe des Korrelators, mit der die Positionsbestimmung des neu einge zeichneten Objektes. Um das neu eingezeichnete Objekt 6 wird der Cursor 8 eingezeichnet und so das Objektrauschen 16 mar kiert, das im Einzelnen in Fig. 3c dargestellt ist.

Aus dem Objektrauschen 16, das das Objekt 6 repräsentiert, wird, wie Fig. 3b zeigt, eine Objektbestimmungskurve 17 be stimmt, die den Fangbereich markiert.

Aus der Objektstimmungskurve 17 und dem Fangbereich werden Steuergrößen durch den Computer 1 errechnet und an die Stepp motorensteuerung 3 weitergegeben. Die Steppmotorensteuerung 3 stellt, wie Fig. 2 zeigt, die Kamera 4 in X-Richtung vier Schritte und in Y-Richtung fünf Schritte weiter. In ähnli cher Art und Weise wird der Steppmotor für die Z-Achse an gesteuert. Damit befindet sich das Objekt 6 genau in der Mitte der Bildschirmeinheit 7.

Dadurch, daß sich die Objektbestimmung ständig wiederholt, ist eine Verfolgung des Objektes 6 gewährleistet.

Wird das Zielobjekt 41 in Gestalt eines Geschützes in glei cher Art und Weise verstellt, ist das Geschütz zielsicher auf das sich bewegende Flugzeug als Zielobjekt 41 gerichtet und jederzeit in der Lage, dieses zielsicher zu treffen.

Bezugszeichenliste

1

Computer

2

Frame-Grabber

3

Steppermotorensteuerung

4

Kamera

4.1

Zielobjekt

5

Steppmotoren

6

Objekt

7

Bildschirmeinheit

8

Cursor

9

Fangbereich

14

Hintergrundhelligkeit

15

Hintergrundrauschen

16

Objektrauschen

17

Objektbestimmungskurve

20

Koordinatensystem
X X-Achse
Y Y-Achse
Z Z-Achse
g Korrelationsvergleichswert
b Objektwert

Claims

1. Vorrichtung zum Verfolgen sich bewegender Objekte, die aufweist
wenigstens eine verstellbare Ziel-Kamera-Einheit (4, 41) für eine Erfassung und Anpeilung des Objekts (6), dadurch gekennzeichnet,

- daß die Ziel-Kamera-Einheit (4, 41) sowohl über einen Framgrabbler (2) als auch wenigstens über eine Steppmotorensteuerung (3) mit einer Recheneinheit (1) verbunden sind und
- daß die Recheneinheit (1) derart programmiert ist, daß sie die Ziel-Kamera-Einheit (4, 41) in folgenden Schritten ansteuert:
- a) Aufnehmen von Bildern des Objekts (6) und deren Um wandlung in ein Objektrauschen (16),
- b) Simulierung eines Hintergrundrauschens (15), Zeich nen eines Inhaltes eines Cursors (8) und Laden in einen Array, Berechnung eines Mittelwertes des Arrays und dessen Abziehen aus dem Array, zufällige Wahl eines Ortes in einem Fangbereich (9), in dem das Objekt neu gezeichnet und wenigstens ein Korre lationswert gesetzt wird, Zeichnen des Cursors (8) um das neu bestimmte Objekt (6) und Markierung des Fangbereichs (9),
- c) Ausgabe von Steuersignalen an die Steppmotorensteue rung, mit der die Ziel-Kamera-Einheit (4, 41) so nachgeführt wird, das sich das Objekt (6) stets in einer Mitte eines Bildes (7) befindet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Ziel-Kamera-Einheit (4, 41) Verstellmotoren (5) angeordnet sind, die mit der Steppmotorensteuerung (3) verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß Recheneinheit ein Computer (1) ist, der mit ei ner Bildschirmeinheit (7) zur Darstellung des Bildes ver bunden ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellmotoren als Steppmotoren (5) ausgebildet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Anspruche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Ziel-Kamera-Einheit aus einer Kamera (4) und einem Zielobjekt (41) besteht, die einzeln und/oder gemeinsam zu verstellen sind.