DE2106035B2

DE2106035B2 - Vorrichtung zur Überprüfung der Formübereinstimmung eines elektromagnetisch erzeugten Objektbildes mit einem vorgegebenen Schema

Info

Publication number: DE2106035B2
Application number: DE19712106035
Authority: DE
Inventors: Sten Saltsjoe-Boo Ahlbom; Sture Haegersten Hansson
Original assignee: Saab Scania AB
Current assignee: Saab AB
Priority date: 1970-02-11
Filing date: 1971-02-09
Publication date: 1974-02-21
Also published as: DE2106035A1; GB1336451A; DE2106035C3; CA964368A; NO131143C; NL7101836A; CH535436A; NO131143B; SE351302B; FR2093416A5

Description

Zur Einregelung des Gleitweges eines landenden Flugzeugs, zur Führung eines Flugkörpers, zur Führung eines Datenverarbeitungssystems und far ähnliche Anwendungen verwendet man Zielverfolger mit einer Vorrichtung zur Überprüfung der Formübereinbtimmung eines von einem auf ein entferntes Objekt gerichteten, bilderzeugenden, elektromagnetischen Sensor erhaltenen Objektbildes mit einem vorgegebenen Schema gleicher oder ähnlicher Form und zum korrekten Einrichten des Sensors auf das Objekt, wobei die vom Sensor erfaßte Objektinformation einem die Information auf einem Bildschirm darstellenden Empfänger zugeführt wird, der einen Analog-Digital-Wandler speist, welcher das Bildsignal digitalisiert und in Verbindung mit einem elektronischen Fenstergenerator aus dem gesamten Blickfeld einen begrenzten Bereich herausnimmt und an einen Speicher weitergibt, der an einen Korrelatorspeicher angeschlossen ist und alle aus dem Bildfensterbereich kommenden Bildsignalelemente speichert.

Bisher bekannte Zielverfolger, wie sie beispielsweise in den USA.-Patentschriften 3 039 002, 3 211898, 3 257 505 und 3 341 653 beschrieben sind, haben zahlreiche Nachteile, die durch die vorliegende Erfindung mit relativ geringem Aufwand ausgeschaltet werden sollen. Bei diesen Nachteilen handelt es sich um folgendes: Die CliTäte sind nur brauchbar für spezielle Ziele, die gegenüber einem Hintergrund kontrastieren, der keine Konturenlinien enthält, die in der gleichen Richtung wie die des Zieles verlaufen, weil sonst nicht mehr zwischen Ziel und Hintergrund unterschieden wird (USA.-Patentschrift 3 039 002). Γη anderen Geräten werden nur Vorderkanten des Zieles erfaßt (USA.-Patentschrift 3 257 505).

Ein weiterer bekannter mit Schwellenwert arbeitender Video-Zielverfolger erzeugt einen Bezugsimpuls von kurzer Dauer, damit während dieses Impulses der Pegel des Bildsignals als Bezugspegel für das Bildsignal dienen kann. Um das Ziel vom Hintergrund zu unterscheiden, verwendet er zwei verschiedene Verfahren, nämlich

1. eine manuell einzuregelnde Begrenzung des elektronischen Fensters derart, daß das Ziel im Vcrgleich mit dem außerhalb des Ziels liegenden Fensterteil groß wird,

2. eine Amplituden-Diskrimination des Bildsignals derart, daß die Bildsignalamplituden innerhalb eines Intervalls im Bereich eines automatisch erfaßten Bezugspegels in einer kleinen Fläche in der Fenstermitte auf dem Bezugspegel transformiert werden. Alle Bildpunkte, die einen höheren oder niedrigeren Pegel haben, d. h. außerhalb des Intervalls liegen, erhalten den Wert null. Bei die-

sem Verfahren wird vorausgesetzt, daß die Punkte des Fensters, die das Bild des Zieles wiedergeben, nahezu die gleiche Amplitude haben. Sonstige Teile des Zieles werden zu null gemacht (USA.-Patentschrift 3 341 653).

Gegenüber den vorstehend abgehandelten Druckschriften zeichnet sich der Anmeldungsgegenstand auf Grund der zweidimensionalen Korrelation durch folgende Vorteile aus:

a) Die Bildverfolgungsleistung ist in parallel und senkrecht zu den Rasterlinien laufenden Richtungen völlig gleichwertig.

b) Die Fehlersignale sind vollständig unabhängig von der Form und dem Signalpegel des Ziels wegen des Raster-Korrelationsprinzips.

c) Das verwendete Korrelationsprinzip ermöglicht es, die Form des Zieles zu verwenden, um ein bestimmtes Ziel von anderen Zielen innerhalb des Fensters zu unterscheiden.

d) Die angewandte Digitaltechnik macht es möglich, schnell und wahlweise die Art des Rasterschemas zu ändern, ohne dabei in den konstruktiven Aufbau eingreifen zu müssen. Hieraus resultiert eine optimale Anpassung an Ziele unterschiedlicher

Formen und Kontraste. Die Änderung des Rasterschemas ist lediglich begrenzt durch die Einlesekapazität des Bildspeichers.

e) Die verwendete Signalverarbeitung der Erfindung ermöglicht eine extrem hohe Unterscheidbarkeit

gegenüber dem Hintergrund selbst, wenn das Bild des Zieles Kontrastschwankungen enthält. Dabei ist allerdings vorausgesetzt, daß das Ziel oder deren Teile eine solche Struktur haben, daß die Übereinstimmung mit dem Rasterschema größer ist als die Übereinstimmung zwischen dem Rasterschema und irgendwelchen Hintergrundteilen innerhalb des Fensters.

f) Die anpaßbare Rückkopplungspegelsteuerung zur Quantifizierung der Bildsignale führt zu einer hohen Sensibilität einer automatischen Anpassung zur Änderung des Signalpegels und zur Anpassung zwischen Rasterschema und Bild.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Überprüfung der Formübereinstimmung eines elektromagnetisch erzeugten Objektbildes mit einem vorgegebenen Schema,

Fig. 2 ein ausführlicheres Blockschaltbild zu Fig. 1,

Fig. 3 ein in Komponenten aufgelöstes Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 4 eine Erläuterung für die Umsetzung eines Bildausschnittes in Mengen oder Digitalwerte bei Verwendung von nur zwei Stufen der Farbskala, wobei auch schematisch der Vergleich mit einem festen Schema oder einem Elektronikbild dargestellt ist,

Fig. 5 eine Darstellung eines Bildsignals mit einigen Basis-Eigenschaften,

Fig. 6 ein Koordinatensystem für die Lokalisierung eines begrenzten Sichtfeldes bzw. eines elektronischen Fensters und

Fig. 7 ein Diagramm zur Erläuterung der Synthese eines digitalisierten Bildes aus Signalen, die drei unterschiedlichen Signalpegeln entsprechen, wobei drei verschiedene Amplitudengrenzwerte der Bildsignale jeweils bestimmen, welche Signale in welcher Weise weiter bearbeitet werden.

Ein Sensor 1, beispielsweise eine Fernsehkamera, ein Infrarot- oder Radar-Gerät überträgt ein Signal zu einem Empfänger 2, beispielsweise einem Fernsehmonitor, auf dem im Prinzip das Sensorsignal als sieht- ao bares Bild erscheint. Das aufgenommene Bildsignal wird über einen Analog-Digital-Wandler 3 geleitet, in dem das Blickfeld in »Mengen« zerlegt wird, wie es die Fig. 3 zeigt. Das Blickfeld wird somit unter Verwendung von nur zwei Stufen der Farbskala (Schwarz »5 und Weiß) in Umgebung und Objekt unterteilt. Da sich die Erscheinungsform des Objektes ändert, kann es zweckmäßig sein, einen sogenannten Adapter-Filter mit einer allgemeinen Gestalt zu verwenden. Falls das g. sam te Objekt nicht dem Filter entspricht, läßt sich dafür ein Teilkontrast verwenden. Vor der Verarbeitung in einem Digital-System muß das empfangene Analogiesignal wieder kodiert und quantifiziert werden, um einen wesentlichen Teil der Information vom Objekt zu extrahieren. Der schwierigste Fall ergibt sich immer dann, wenn es sich um ein schwaches Signal von einem Objekt handelt, das kaum zu erfassen ist. Wenn sich das Objekt entweder schwarz oder hell von der Umgebung abhebt, muß beim Digitalisieren ein geeigneter Helligkeitspegel ausgewählt werden, im zu entscheiden, welche Signale der Umgebung und welche dem Objekt zuzuordnen sind.

Es soll nun angenommen werden, daß ein helles Objekt durch ein Bildsignal dargestellt ist, welches wie Fig. 7 zeigt, den oberen Quantifizierpegel übersteigt, während ein dunkles Objekt von einem Bildsignal dargestellt ist. das unterhalb des unteren Quantifizierpegels liegt.

Wenn man unter der Zahl »Eins« einen angenommenen Punkt des Objekts versteht, kann es sich hier sowohl um ein helles, ein dunkles oder ein helles und dunkles Objekt handeln. Die Abstände d zwischen dem oberen und dem mittleren bzw. dem mittleren und dem unteren Quantifizierpegel sind einander gleich. Diese Größen werden bei dem nachfolgenden Korrelations-Vorgang bestimmt. Wenn das Objektsignal klein wird, nimmt d ab, so daß das Quantifizierverfahren sensibler wird. Außerdem wird das quantifizierte Bildsignal in eine Reihe von einzelnen Bildelementen, d. h. in eine Impulsfolge zerlegt.

Die (auf den Raum bezogene) Zerlegungsfrequenz sollte vertikal vorzugsweise die gleiche Größenordnung haben wie horizontal, das heißt die Frequenz sollte bei einem 625-Zeilen-Fernsehsystem etwa 10 MHz betragen.

ts ist nicht zweckmäßig, das gesamte Blickfeld abzutasten und es muß daher ein beschränktes Blickfeld herausgenommen werden, wozu man einen elektronischen Fenstergenerator 4 verwendet. Das Fenster sollte so groß sein, daß das Objekt keine Zeit erhält, in dem Intervall zwischen zwei Bildern zu verschwinden. Andererseits sollte das Fenster aber auch nicht so groß sein, daß sich der Zielvcrfolger nicht an andere Einzelheiten des Blickfeldes anheften kann. Im Hinblick auf die Bewegungen des Blickfeldes und auf die Bildschärfe sollte ein Gerät mit einem Bezugsschema von 3 · 3 Bildelementcn ein Fenster von 5 · 5 Elementen haben oder aber im Falle von störenden Unsicherheiten noch etwas größer sein.

Der Fenstergenerator 4 ist mit einem Hauptspeichers verbunden, in dem mindestens gleichzeitig so viele Bildciemente gespeichert werden können, wie es der Höhe und der Breite des Fensters entspricht. Das digitalisierte Bild wird nun mit einem Bezugsschema korreliert, das hier aus 3 · 3 Elementen besteht, die alle den Wert »Eins« haben. Die Korrelation erfolgt in einem Korrelatorspcichcr 6, der mit dem Hauptspeicher 5 verbunden ist. Das Objektsigna! unbekannter Form wird in »Einser« digitalisiert (vgl. Fig. 4) und es wird dann das Objektbild nach und nach mit dem 3 · 3-Schema in allen möglichen Stellungen innerhalb des Fensters verglichen. In jeder einzelnen Stellung wird berechnet, wie viele Elemente mit den Elementen des Schemas übereinstimmen. Die Korrelationszahl kann daher zwischen 0 und 3 3 -■= 9 schwanken, wobei dann die Stellung mit der h.-,listen Korrelationszahl als Objektposition angon. -minen wird. Auf diese Weise empfängt der Objekte-ilolger horizontal und auch vertikal die gleichen i;itvn>chaften. Die größte Korrclationszahl wird in einem Maximalwert-Speicher la gespeichert, damn diese Zahl später 711m Quantifizier- oder Schwellwerk·! fassungsverfahren über die Leitung 11 zum Ar. ·1.>μίε-Digital-Wandlcr 3 /urückgcleitct werden ka^, Fine Rückkopplungsleilung kann ebenfalls zum Knstcrgcncrator 4 führen. Falls beispielsweise du- > -,liste Korrelationszah! 7 übersteigt, wird der in : >p. 7 erkennbare Abstand d geringfügig kleiner ■·- .κΐιΐ. Diese Verkleinerung wird stufenweise forts<' k-nd vorgenommen, bis die höchste Korrelations/ -.: oben unter 7 hegt. Auf diese Weise wird der Qu.! ^ierpcgel dem Objckt.signal angepaßt. Die Zeitig -laute bei diesem Verfahren wird so groß gewählt, .ül die Objcktverfolgiing nicht durch ungewollte kn; ,eilige Morsignale gestört werden kann.

Zusätzlich zu den Logikkreisen 3 bis 6. welch ■ bisher beschrieben wurden, benötigt man weitere Scluinings-„','™,^Λ(; Lage des Fensters innerhalb des pv-imtcn Blickfeldes und die Objcktlage innerhalb des ■ esters zu speichern. Dies geschieht mit Hilfe eines 1 aukoordinatcnspcichers 7Λ. der an den Korrciatorsp.-i.her 6 angeschlossen ,st und in Übereinstimmung :xi dem ObjektVerfolger, be.spielsweise so arbeitet d:»li die iJntt geringer ist als die Bewegungen des Ob,ekts. Die ,cn ^dcs Lagekoordinaten-Speichers kann man sich als die zwei Achsen eines Koordinatensystems * orstelien. im Fernsehsignal befinden sich Lagemarkierungen, da jedes Bild einen Bildsynchronisicrinipuis und jeae Zeile einen Zeilensynchronisierimpuls (siehe t ig. -^) enthalt, wenn für die Rasterung de< Bildes die lineare vertikale und horizontale Abtastung beginnt. yiese Synchronisierimpulse werden aus dem Bildsignal in einem -Synchronisiersignal-Separator abavweigt. /Am Ausgang des Separators entsteht eine !mrnJsfoige. a.e mit dem inneren Taktimpulsgenerator Or- > >biektverfolgers in Phase ist.

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Das Koordinatensystem enthält, wie Hig. 6 zeigt, liehe Ansicht mit einem festen S · 5-Iilcmcntcnschcina eine Unabhängige χ und eine Abhängige y. Heiden von willkürlicher l'orm verglichen. Diese willkürliche Koordinaten ist ein Hezugs- und ein Lage-Zähler i'ortn wird dadurch ausgewählt, daß man die »Einser* zugeordnet. Hs soll zunächst der c-Koordinatenteil und »Nullen^ mit Hilfe einer Druck knopfschaltunj: betrachtet werden; der v-Koordmatenteil ist im we- 5 einstellt oder in ein Register cinliest.
seitlichen gleich ausgebildet. Der r-Hczugsweitzähler Das in Verbindung mit dem Λ · .1-Korrclator beerzeugt eine Impulsfolge mit einer festen Anzahl von schriebene Rückkoppehmgspiinzip arbeitet nur, wenn Impulsen. Mit diesen Impulsen wird der r-l.agezähler das Hez.ugssehema ausschließlich aus »Einsern« odei schrittweise weitergcschaltet. Eine solche Impulsfolge »Nullen« besteht. Wenn das Hczugsschcma aus beiden wird fiii jedes dargestellte HiId mit je einem Impuls io Arten besteht, muß irgendein anderes Verfahren geje Zeile erzeugt. Die Anzahl der Impulse ist etwas wählt werden. Eine Lösung, die Riickkoppelung aiii geringer als die Anzahl der /eilen in einem HaIb-HiId. dem Quantifizierpegel zu halten, der für die Sensibilität

Normalerweise haben diese zwei Zähler die gleiche und die Anpassung an ein gegebenes Schema so wesent Zykluslänge, so daß sie sich nicht gegeneinander ver- lieh ist, liegt darin, mindestens zwei benachbarte Pegel schieben. Der i-Hezugswertzahkr wird bei jedem Mild 15 mit in die Schaltung eiuz.ubcz.iehen. In zwei voneinauf NULL zurückgestellt und ist somit gegenüber der ander unabhängige Speicher werden zwei oder mein vertikalen Abtastung fixiert. Durch eine momentane Versionen der Hildsignal-Informalion eingespeist, die Änderung der Zykluslänge beim i-l.agezähler ist es dadurch voneinander abweichen, daß man untermöglich, diesen gegenüber dem Hezugswcrlzählei zu schiediic'ie Quantifizierpegcl auswählte. Diese Mildei verschieben. Da die Lage des Hensters vom Zustand 20 weiden'!,mn einzeln abgetastet und im Korrelator mit des Lagezählers bestimmt wird, weil der Null-Durch- dem festen Schema verglichen. Der Qiiantifizierpegel. gang angezeigt wird, ergibt sich hierdurch eine der zur größten Korrelalionszahl führt, gibt an, in Hensterverschiebung. welcher Richtung die ( huppe von Pegeln nachzurcgeln

Die Objektlage innerhalb des I-'ensters wird auf cm ist, um zu einer maximalen Übereinstimmung zu kom-

innercs Koordinatensystem bezogen, wobei der v-'I'eil 25 men. Hierdurch schließt sich die Rückkoppelungs-

im wesentlichen mil dem r-Leil übereinstimmt. VVr- schleife für die IVgelsleuerung.

wendet sind hier .v- und i-Hensterkoordinalenzähler, 1 ig. ?. zeigt ein mehr gerätebezogenes aufgelöste·,

welche angeben, wo sich innerhalb des I ensters das Blockschallbild. Dei Sensor bzw. eine I ei nsehkamera I

Hezugsschema befindet. Parallel zu diesen 1 ensler- erzeugt «'in Signal, das der Synchronisietsignalscpa-

zählern sind dem Heilster zugeordnete v- und 1- 3" rator 14 empfängt. Die Synchionisierimpuisc steuern

Speicherzellen, die die Aufgabe haben, diese Weile zwei Zähler 15, 16 mit logischen Leitkreisen 17 18

festzuhalten und zu speichern, damit von ihnen Kmrc- leder /eilensynchronisieriiiipuls startet den Zähler 16

lationswerle gewonnen werden können. Die l.aj'e des der die .v-Koordinate der lenslerlage festlegt und auch

Schemas wild im I.agekoordinaten-Spcichei 7Λ regi- die Impulse aus einem Taktgenerator 19, der mit ilen

siliert, sobaid eine Korrelationszahl gefunden wird, 35 /eilcnsynchronisierimpulsen synchron läuft zählt

die größer ist als irgendeine im gleichen Zyklus zuvor Wenn der Zähler 16 die Hildelemente einer vollen Zeile

erfaßte Zahl. Dies geschieht mit einer Aufzeichnung!·.- registriert hat. liefert er einen Impuls zum logischen

vorrichtung 8 (s. I ig. I). Leilkieis 17, der dann auf Null gestellt wird, so daß er

Wenn das feste K01 relalionsschema mit dem Objekt beim nächsten Zeilensynchronisierimpuls wieder an-

bild in allen möglichen Lagen des lensiers verglichen 40 laufen kann. Hin Y-Koordinaten-l.agezähler 20 wird

worden ist, wird die Information über die Objektlage mit den gleichen Taktimpulsen wie der Zähler Id

innerhalb des lensiers in dem entsprechenden Speicher gespeist. Der .v-Zähler 20 braucht nicht zur gleichen

gespeichert Diese Information dient dazu, die Zyklus- Zeil wie tier Zähler 16 für die .v-Koordinaten auf Null

länge des i-l.agenzälilcrs so zu ändern, daß die Mitte gestellt zu werden. Der Zähler 20 folgt nicht sowe't

des I ensleis auf die v.uhcigesagte Lage des (legen 45 seine Lage wird nach der Abtastung einer vollen Zeile

Standes gerichtet wird. Schließlich kann die Aufzeich- beispielsweise um acht Schritte verstellt, was normaler

nuiigsvori'ichtung 8 an eine Verstellvorrichtung ·> auge- weise dadurch kompensiert wird, daß der Zähler 2(1

schlossen werden, du; eine Wiederaiisnclitung des iveim Null-Durchgang automatisch um acht Schritte

Sensors 1 m eine neue Richtung bewirkt, in der sich verstellt wird. Hei einer Verschiebung um eine von acht

die erfaßte Koiitrasiflä'clie in der Mitte des Hlickfeldes 50 abweichende Anzahl von Schritten kann man den

befindet. Der K 01 lelatorspeichc r 6 \iil\1 sich noch Null-Dnrcligang zeitlich verschieben Dies geschieht

mil einem Determinalorkivis 10 verbinden, welcher beispielsweise durch ein (latter 27, welches kurzzeitig

line lageabhängige (jewiehlsiunktion ei zeugt, um von geöffnet wird, wenn der -Y-Koordinaten-Lagezählei

zwei lagen des Mezugsschemas, die zur gleiiheii durch Null geht. Den Null-Durchgang erfaßl ein

Korn latMinszahl führen, diejenige Lage auszuwählen, 55 Kreis 26 mit zwei geschlossenen und parallel verliu

die der Mitte des I ensters am nächsten liegt und dann fendcn (ibertragerkanälen, die im gleichen Takt mit-

als »richtiges« Objekt angesprochen wird. Dies kann einander gespeist werden und jeweils eine Markierung

dadurch erfolgen, daß man K- iirelationszahlen, the haben, die gegenüber der Markierung des anderen

Lagen 1;. der Nähe dei I eiistermitte einsprechen, mit Kanals verschoben wird. Heim Null-Durchgang läuft

einem jh.ißi-ren konstanten Haktor multipliziert als 60 ein Zähler 28 an, den man auch als »Lage innerhalb

dies bei andeien Korrelationszahlen geschieht Schließ- des 1 ensters«-/ähler bezeichnen kann, dessen Lin-

hcli kann au. h noch ein Umschaltkreis ft<j vorgesehen Stellungen ilen horizontalen Randlinien'des I ensters

werde; mn dem vom .1 · 1-Quavlral abweichende Me- entsprechen Die vollständige l.agcangabe des Gesamt

/"(■•ν πι·-11 erzeugt und dem K orrelatoreingang /u- fensters bestimmt sich dann aus dem Null-Durchga'nc

l-.Ii.I. <i -ei.!. 11 können. 6₅ des ι k.umlmaten I agezählers 20, welcher durch'die

ι 1, me giölk-re Korrelaiionssicherheit zu erhalten. ub<-i das (.aller 27 eintreffenden Signale eingestellt

läßt ·.. <, der 1 .1-k.<irel.itoi luich einen 5 S-korrc wird Die entsprei licnden v-K reise für die vertikalen

!aim .-!,"en 111 die-ein k .11 n-l.iior wird die tatsäch- Randei des I eiiMci\ sind in ylru her Wniti. o..f„,i

9 10

und arbeiten in gleicher Weise mit Ausnahme der Fig. 3a zeigt eine ausführlichere Darstellung eines

Talsache, daß das Signal aus dem Taktgenerator 19 3 · 3-Korrelators 6. Sechs für fünf Bit eingerichtete

nun von den Zeilensynchronisierimpulsen selbst gc- Schieberegister 48a bis 48/'sind in Reihe geschaltet,

bildet wird. Um nicht genötigt zu sein, den r-Koor- wobei die Ausgänge der Register 48Λ, 48f/ und 48/ mit

dinaten-Lagezähler 2i zu verstellen, wenn die /eilen- 5 den drei »1-I)it«-Addicrcrn 49a bis 49r verbunden

abtastung das Fenster überläuft, wird die Taktfrequenz sind, von wo das Ergebnis wcitcrgcleitet wird zu einem

(4 MHz) geändert beim Strahlriicklauf, so daß der »2-liil«-Addierer 50 und einem »4-Bit«-Addic-

j-Koordinatenlagezähler 21 »einen Sprung« macht rer 51.

mit 4 MHz, wodurch die Verstellung beim Null- Fig. 3b zeigt einen Korrelator mit 5 · 5-Elementcn, Durchgang erfolgt. Die Signale von den den .v- und i< > welcher mit zehn »5-Bit«-Sdiicbcrcgislcrn 53, 54, !-Koordinaten zugeordneten Fenslerzählern 28 und 30 weiche in Reihe geschaltet sind, zusammenarbeitet, gelangen zu einem (latter 29, das seinerseits an ein Die Ausgänge der Registerteile 54« bis 54c sind mit (Jatter 31 angeschlossen ist, welches demzufolge nur sieben »!-»!(«-Addierern 55a bis 55# verbunden, deren Bildelemente durchläßt, die dem Fenster zugehörig Ausgänge an drei »2-Bil«-Addicrer 56« bis 56c a η gesind. Fin Mitlelwertbildner 32 legt einen Graupcgel 15 schlossen sind. Die Leitungsführung geht dann weiter fest, zu dem ein Schwellenwert c/ in zwei Addierer- zu zwei und dann zu einem »4-Bit«-Addierer 57«, kreisen 33 und 34 hinzuaddiert bzw. davon abgezogen 57/; bzw 58. Die fünf Ausgänge der »4-Bil«-Addierer wird Der Addierer 33 bildet die Summe α i ά und der 58 führen zu einem Vergleichs- und Speicherkreis Addierer 34 die Differenz α α¹. Die Ergebnisse c und c (etwas nach rechts und oben versetzt dargeslelllt, Der werden mit dem empfangenen Bildsignal / in den to Eingang des Vergleichs- und Speicherkreises enthält Vergleichskreisen 35, 36 verglichen. Die entsprechen- eine Anzahl von Invcrtem 52, um die neue Korreden Ergebnisse/ > c und e - /gelangen dann in einen lations/nhl, beispielsweise 7 (im Zehner-Systeir 1 <-nt-ODER-Kreis 37. Das sich da^i ergebende digital!- sprechend (M)IIl (j_m Binärsystem) mit der ;n 11 sierte Bildsignal geht dann weiter zum Hauptspeicher 5, gespeicherten Zahl, beispielsweise 4 im Zehm-rsysi. in in dem eine Anzahl von Zeilen der hcnstcr-Bildclc- »5 entspiechend (X)I(X) in Zweiersystem bei Fintroifen meine »der zurückliegenden Zeil« gespeichert sind, des an höchster Slcllc erscheinenden Bits verlieben u.idüannzum Korrelatorspeicher 6, der mit Hilfe des wir;! Dieser schrittweise Vergleich führt von oben Frequenzwandlers 38 nut geringerer Geschwindigkeit gered.net _IiS der vierten Stellung zu einem Aus^anps· vorangeschaltet werden kann. Zusammenfassend kann signal, das als Sign«! ρ am Ausgang des (.,lies 63 gesagt werden, daß die Schaltungste.lc 14 bis 27 der 30 erscheint und kenntlich macht, daß die m-u, /..hl 7

ig. 2 im wesentlichen einem Schahungste.l 4a der die alte Zahl 4 in den Speicherzellen 6< >„ bis Mr

1- ig. 1 entsprechen, in dem die l-ensterlagenmarkicrun· ersetzen soll Das Signal /, sorgt auch dafür .1»« die

gen erzeugt werden. Ferner entsprechen die Schal- neue Anzahl in den Fapekoordina.enspeu Ihm 7/. „n-

tungsle.le 28 bis 31 der Fig. 2 dem Schaltungstell 4 gespeist wird |),e beispielsweise ans elektronischen

der Hg. 1 d h_dem Fcnstergcnerator während die 35 Instabilen Schaltvorrichtungen bestehenden Sp, u-hcr-

Schal.ungste.lc 32 bis 37 der hg. 2 dem Analog- zellen 60a bis 60, n„. UND-Gattern an den I „',,inpcn

IJ.g.lal-Wandler .1 der F ig I entsprechen. smd mit ihren Ausgängen an eine Anzahl H) von

Die gewonnenen Korrelat.onszahlcn werden in e,- invertierten UND-Gattern 61a bis 61,/ an»>esrhl„sscn.

ncm D.g.tal-komparator 39 mit dem Inhalt eines Die Ausgang d,>r !,-ut—ih-ten GWr w-r·'··' I»'

Registers 40 ver_Sl,,hen, in dem «he bisher größte <o i„ den UND-Gattern 62a'his Me und sch lic Kh" h 2vh

korre afons/alil de·-. Maxima wert-Speichers 7« der „„ UND-Gatter 63 summiert, wo die höchst,· Mrrc-

ig. I ges_P,Khe, ,s. Sobald eine höhere Korrela- la.ionszahl, welche die max male Uberein^n η,,,ηρ

honszahl erschein«, gelangt diese 1m das Register 40 ,.wischen Blickfeld und den 3 ■ 3- und S ■ S-S, !,men

an S«e c der bisherigen Der R-.ckkoppelungskre.s 11 wiedergibt, extrahier, und zum I a_Eckoord,.,,··. nspei-

verlaiift über einen Analog-Integrator 41 zu den 45 eher 7a weitergegeben werden, k· nif

Addierern 33 und 34 im Analog-Digital-Wandler 3 I'm ein-n nn-h » πι, ,

Gleichzeitig mit dem Hingang in die Schieberegister ds w, iSrShcnino'ln T α" ^lf Γ '-""T

Korrelatorspeichers 6 zeigt em lagezähler 42 zu jeder F S Γ IS f ""? ^AV1Sbli^IU;^{lg >k}'

Korrelatorspeichers 6 zeigt em l.agezähler 42 zu jeder F S Γ eIS f ? ,i; , , , ,

Zeit an für welchen Punkt der FensterMatrix di i kΪ »'f schiedlich aus_!;h,Met

p g g jr F S Γ eIS f ? ,i; , , , ,

Zeit an. für welchen Punkt der Fenster-Matrix die «-i, könneΪ z>, 1 u »'f schiedlich aus_!;h,Met Korrelation in diesem Augenblick durchgeführt wird 54 b ΪΓΛ ' "'" "'¹ '^ 1ΓΓ

könneΪ z>, 1 u f

Korrelation in diesem Augenblick durchgeführt wird. 50 54 b s ΪΓΛ, Snez a ' t " p 1ΓΓ

Die Signale aus diesem Zähler gelangen dann über em Schibi E Z '"Λ'"""¹ Γ'

5 4 b s ΪΓΛ, Snez a

Die Signale aus diesem Zähler gelangen dann über em Schieberei „ <E h Z Λ Γ

(iatter 43 in em Lageregler 44. Das Gatter 43 laß, wöbe, dTe aZw all R^'" ^⁸' ^<?

jedes Mal durch, wenn eine neue und größere Korre- 64a bis M, ζ > H r ⁸^'' *⁴° ^H'^S

lationszah. in das Reg.ster 40 eingebrach! wird. Das tierenden ixK^vSrSRPS?·^A«'^ah«. X

Lageregister 44, das grob gesehen dem Lagekoordi- _w führen Π« ?„„„ 1! ,^Dir^R"^Gatteni **'' ?

:,aten-Speicher Ib der Fig. I entspricht, enthält dann !,"! _{s B} Id νοηΤΤίΓ™ ."' """ ^ *

χ- und ,-Koordinaten für die wirkliche Lage, die die möglichen Vergleich *^{hlemcnten hcrauslesen fl}" ^oincn beste Korrelation innerhalb der Fenstermatrix ergibt In lio \ _t; t ■■ Ί,

Die Rückkoppelung 13 verläuft über einen Schalter 45 „sch \LtL m ³J ^Hauelemcnte vollständig μ hema-

zu den Gattern 23 und 27, welche eine Lageverstellung 6„ Teiirinoloot l'u * Γ ^ß _u ^C^^nwärtl8 ^{kclnc hn}"" ^h'T

des gesamten Fensters derart vornehmen, daß nut dem sun , f ⁸ κ ^A"^{Ch d}'^{e lkschrcihlln}P '"' ^redlt

Objektbild in der M.tte eine maximale Korrelation , ,"'_c" _n xU ^U"^d *^{S Si}"^{d CmC An/:lh}' ^"

erhalten wird (Verstellvorrichtung 9 der Fig. I) Um fen rff," ,1 I ^dcr"^{neen mö}8^lich Beispielsweiv könn-

die I ensterlage innerhalb des Fernschblickfeldes zu zwiXn ^ ^ν<!"^{ο1ιιεΗιιη}^η (PhasenämW.mpcn)

markieren, werden die Signale vom Fenster und vom fi_s Sne.che ■! ^V,^m,^cm(^ner, Kanälen ein besonderes

übrigen Teil des Blickfeldes in einem Addierer 46 ' SHIe „ T " "^rdcrlidl "lachen, da an pcc.melcn

summiert, wodurch auf dem Monitor 2 ein Dunkel- Ti'ktimn 1 7 ^Acld'ererkette zum Rinschleifm der

grau-l enster erzeug, wird sein köUüei ^/WISchensP^{cicher für} Mahlen er(,u,lerl,ch

Hier/u 2 Wm Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Überprüfung der Formübereinstimmung eines von einem auf ein entferntes Objekt gerichteten, bilderzeugenden, elektromagnetischen Sensor erhaltenen Objektbildes mit einem vorgegebenen Schema gleicher oder ähnlicher Form und zum korrekten Einrichten des Sensors auf das Objekt, wobei die vom Sensor erfaßte Objektinformation einem die Information auf einem Bildschirm darstellenden Empfänger zugeführt wird, der einen Analog-Digital-Wandler speist, welcher das Bildsignal digitalisiert und in Verbindung mit einem elektronischen Fenstergenerator aus dem gesamten Blickfeld einen begrenzten Bereich herausnimmt und an einen Speicher weitergibt, der an einen Koirrelatorspeicher angeschlossen ist und alle aus dem Bildfensierbereich kommenden Bildsignalelemente speichert. dadurch gekennzeichnet, daß der Korrelatorspeicher (6) so ausgebildet ist, daß er in einem Abtastzyklus für jede Objektlage innerhalb des Fensters elementweise die digitalisierten Bildelemente mit Elementen eines festen Bezugs-Schemas, das kleiner als das Fenster ist, vergleicht, um durch Erfassung einer Korrelationszahl der übereinstimmenden Bildelemente ein Maß der Übereinstimmung zwischen dem festen Schema und dem digitalisierten Bild zu gewinnen; daß in jedem Abtastzyklus jede Korrelationszahl, die größer ist als eine zuvor gespeicherte Zahl, zu einem an den Korrelator-Speicher (6) angeschlossenen Maximalwert-Speicher (7a) übertragen wird, wobei ein Lagekoordinaten-Speicher (70) gleichzeitig die Koordinaten der Objektlage innerhalb des Fensters registriert, die der neuen größeren Korrelationszahl entspricht, um nach jedem vollständigen Abtastzyklus die horizontalen und vertikalen Koordinaten für die Fläche innerhalb des Fensters, die die maximale Übereinstimmung mit dem festen Schema hat, zu gewinnen und einer Aufzeichnungsvorrichtung (8) zuzuführen, die mit den Speichern (7a, Tb) verbunden ist, und daß ferner die Aufzeichnungsvorrichtung (8) mit einer Verstellvorrichtung (9) verbunden ist, die die Zielrichtung des Sensors (1) oder dessen Träger ändert und die maximale Korrelationszahl als Maß dafür verwendet wird, wie genau die Form des Objekts mit der Form des Bezugsschemas übereinstimmt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrelationsspeicher (6) eingangsseitig aus einer ersten Anzahl von Schieberegister-Logikelementen (53) besteht, welche mit einer zweiten Anzahl von in Reihe geschalteten, mit parallelen Ausgängen versehenen Schieberegistern (54a bis 54<?) zu einer regulären Kette verbunden sind, daß die Ausgänge der letztgenannten Schieberegister paarweise mit einer Anzahl von Addierern (55 bis 58) verbunden sind, um von dem letzten dieser Addierer (58) die Korrelationszahl selbst zu extrahieren und zu dein <ru Beginn auf Null gestellten Maximalwert-Speicher (7a) zu übertragen, sobald eine neue Korrelationszthl größer wird als irgendeine in vorangehenden Abtastzyklen erfaßte und gespeicherte Zahl, wobei in diesem Falle auch die Koordinaten für die entsprechende Lage innerhalb des Fensters in den Lagekoordinaten-Speicher (Ib) eingespeist und der Vergleich mit Hilfe eines Signalgenerators für einen festen Bezugswert vorgenommen wird, von welchem über Schaltvorrichtungen (64a bis 64e) eine willkürlich geformte Schemenmatrix entnrhmbar ist für einen Vergleich mit dem digitalisierten Bildsignal, welches von dem elektronischen Fenstergenerator Element für Element in die Kaskade der Schieberegister eingegeben wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rückkopplungspfad (11, 12) entweder vom Korrelatorspeicher (6) und/oder vom Fensterbereichbwähler (4) zu einer Mehrzahl von Analog-Digital-Wandlern (3) führt, die obere und untere den ursprünglichen Wert einklammernde Schwellenwerte festlegen, welche nachfolgend Quantifizierpegel genannt werden, um festzustellen, ob ein Bildelement angenommen werden kann oder nicht, dais ein Hauptspeicher (5) Versionen der Fesntermatrix, welche einem oberen, einem mittleren und einem unteren Quantifizierpegel entsprechen, speichert, um jede aus einer Impulsfolge von Bildelementen bestehende Version in dem Korrelatorspeicher (6) elementweise mit dem Bezugsschema zu vergleichen, daß der Pegel, der entsprechend der höchsten Korrelationszahl die beste Übereinstimmung bringt, die Entscheidung darüber trifft, ob diese Gruppe von Quantifizierpegcln angehoben oder im Falle zweifelhafter Korrelationszahlen gesenkt werden soll, d. h., ob der Bildkontrast zu vergrößern oder zu verkleinern ist, um die Übereinstimmung in nachfolgenden Zyklen zu verbessern, daß diese Entscheidung mit einem Zähler vorgenommen wird, der mit einem Register (49) verbunden ist, das wiederum an den Korrelatorspeicher (6) angeschlossen ist, in dem die bisher größte Korrelationszahl geppeichert ist, wobei der Zähler feststellt, von welcher Abtastversion die letzte oder maximale Korrelationszahl stammt, daß das Register (49) ein Signal erzeugt, welches festlegt, ob der mittlere Pegel der eingestellten Quantifizierung angehoben oder abgesenkt werden soll, wobei dieses Signal in einem Integrierkreis nach der Zeit integriert wird unter Verwendung einer Zeitkonstanten τ — R- C, entsprechend der Dauer einer Anzahl von Zyklen, so daß während stabiler Zustände gerade die Version, die vom mittleren Pegel stammt, im Durchschnitt zu dei nächsten Annäherung führt und eine im wesentlichen an das Bezugsschema angepaßte Kontrastfläche ausgeschieden wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Vergleich der digitalisierter Bildsignale mit einem festen Bezugsschema vor 3 · 3 Elementen das Eingangssignal für den Korrelatorspeicher (6) mit Signalen eines Taktgenerator! (19) impulsweise in ein 6 · 5-Bit-Schieberegistei (48a bis 48/) eingegeben werden, daß von der letzten drei Ausgängen eines jeden zweiten Schieberegisters jeweils ein »1-Bit«-Addierer (49a bis 49c gespeist wird, daß die Ausgänge der ersten Addierei (49a, 496) an einem »2-Bit«-Addierer (50) auge schlossen sind, dessen Ausgang zusammen mi dem Ausgang des dritten »1-Bit«-Addierers (49c mit einem »4-!)il«-Addierer (51) verbunden sind daß von den vier Ausgängen der letztgenannter Addierer die Korrelatorzahl gewonnen und in dei Maximalwert-Speicher (7a) eingebracht wird zun

Vergleich mit der bisher höchsten Korrelationszahl, daß diese Korrelationszahl in einer Mehrzahl von Speicherelementen (60a bis 60 c) gespeichert wird, die mit dem »4-Bit«-Addierer (51) über eine Anzahl von Invertierern (52) und logischen Gattern (61 bis 63) verbunden sind, um ein Ausgangssignal (p) zu gewinnen, welches angibt, ob die neue Korrelationszahl die bisherige Korrektionszahl zu ersetzen hat, die in den einzelnen Speicherelementen (60a bis 6Or) gespeichert war, daß der Maximalwert-Speicher (7a) mit einer Rückkopplung (i3) zum Analog-Digital-Wandler (3) versehen ist, um, falls die iY.aximale Korrelationszahl großer ist als eine bestimmte vorgegebene Zahl, dei vor dem Anlauf eingestellt wurde, ein Signal zu erzeugen, mit dem der Quant.fizierpegel in dem Analog-Digital-Wandler geändert wird, daß das Signal in ei :;m Integrator nach der Zeit integriert wird unter Verwendung einer Zeitkonstanten τ = R · c, die der Dauer einer bestimmten Anzahl von Zyklen entipricht, so daß während stabiler Zustände gerade die Version, die vom mittleren Pegel stammt, im Durchschnitt zu der nächsten Annäherung führt und eine im wesentlichen an das Bezugsschema angepaßte Kontrastfläche ausgeschieden wird.