DE2155032C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Erfassen und Verfolgen von Bildkontrasten durch Abtasten eines Blickfeldes - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Erfassen und Verfolgen von Bildkontrasten durch Abtasten eines BlickfeldesInfo
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- G01S3/782—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
- G01S3/785—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using adjustment of orientation of directivity characteristics of a detector or detector system to give a desired condition of signal derived from that detector or detector system
- G01S3/786—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using adjustment of orientation of directivity characteristics of a detector or detector system to give a desired condition of signal derived from that detector or detector system the desired condition being maintained automatically
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen und Verfolgen von Bildkontrasten
durch Abtasten eines Blickfeldes und Erzeugen eines das Blickfeld elektronisch reproduzierenden
Bildsignals, wobei einem ein erkennbares Objekt enthaltenden
Blickfiddausschnitt ein BiMsigrtalmreschnitt
zugeordnet wird, aas dem mittels eines Vergleichs des
S Objektes mit dem Blickfeldhiniergrund ein den Kontrast
des Objektes enthaltendes Objektsignal gewonnen wird, worauf das Objektsignal entsprechend einer
Zweiteilung des Bildsignalansschnittes ia vorzugsweise horizontaler bzw. vertikaler Richtung unterteilt
ίο wird und die so erhaltenen Objektsignalteile zur Lagefehlererfassung und Nachführung des Bildsignalausschnittes
entsprechend der Objektbewegung miteinander verglichen werden.
Bildkontrastverfolger verwendet man immer dann, wenn man automatisch die relative Winkellage eines
stationären oder bewegten Objektes gegenüber einer Bezugsrichtung bestimmen will.
Genau wie bei visueller Entdeckung und Beobachtung eines Objektes muß auch bei der Bildkontrast-Verfolgung
das Objekt ausreichend gegenüber dem Hintergrund kontrastieren. Ein nur wenig gegenüber
einem Hintergrund kontrastierendes Objekt ist vor allem, wenn am Hintergrund andere Objekte ähnlicher
Größe und Helligkeit vorhanden sind, besonders schwierig zu erkennen und zu verfolgen.
So ist die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe die Beantwortung der Fragen, wie man
ein Bildsignal so behandeln kann, daß wertvolle Teilinformationen nicht verlorengehen und der Kontrast
des Objektes gegenüber dem Hintergrund optimal herausgebracht wird, und wie man das Signal so filtern
kann, daß das elektronische Rauschen minimal bleibt.
So wird in der Tat die äußerste Grenze für die
Kleinheit der Zielkonstraste, die man noch verfolgen kann, festgelegt durch elektronische Störsignale, die
unvermeidbar am Objektsigna] haften.
Nach dem bisher bekannten Stand der Technik (US-PS 3 341 653, DT-OS 1 448 544) werden die Signale
in Kontrastverfolgern zweistufig verarbeitet. Es erfolgt zunächst eine Definition der Ränder des Objektes
und/oder eine Digitalisation der Amplitude in einer endlichen Anzahl von Schritten. Anschließend
wird dann die Lage des Zielimpulses im Blickfeld bestimmt durch Feststellung der Beziehung zwischen
dem Auftreten des Zielimpulses und der Abtastsignale des Bildrohres. Eine solche Signalverarbeitung hat
den Nachteil, daß man die Ränder des Zieles nicht genau definieren kann, so daß sich Fehler in der Bestimmung
der Ziellage ergeben und daß die Stör-Signalunterdrückung nicht optimal sein kann, da der
erstgenannte Verfahrensschritt nicht-linear ist und mit digitalisierten oder quantifizierten Bildsignalen gearbeitet
wird. Ein weiterer Nachteil der bisher bekannten Signalverarbeitungsverfahren liegt darin, daß die
meisten zu verfolgenden Objekte innere Helligkeitsschwankungen haben, die möglicherweise durchaus
als »kein Objekt« klassifiziert werden können. Hierin liegt eine erhebliche Unsicherheit bei einigen zu verfolgenden
Objekten.
Um die vorerwähnten Nachteile auszuschalten, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, bei dem einleitend
genannten Verfahren das Objektsignal in analoger Form zu gewinnen und weiterzuleiten, so daß der
gesamte Informationsgehalt des Bildsignaläusschnittes
bei der Lage-Fehlererfassung zur Verfügung steht.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden Störsi^ale optimal unterdrückt und es können keine
störenden Einflüsse durch Quantifizieren oder Digitali-
sieren auftreten. Ferner wird gemäß der Erfindung
der Abtastpunkt, d. h. der Nachführausgleica durch lineare Bewertung der Analogsignale bestimmt. Bei
Objekten mit inneren Helligkeitsschwankungen hat dies zur Folge, daß der Abtastpunkt stets in der Nähe
von dem Teil verbleibt, der das größte Signal erzeugt. So wird bei den meisten natürlichen Objektarten ein
sehr stabiler und genauer Tastpunkt definiert.
Weitere Merkmale der Erfin Jung sind in den Unteransprüchen dargelegt.
In der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen wird eii.e bevorzugte
Kusführungsform der Erfindung beispielsweise veranschaulicht. In den Zeichnungen zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Bildkontrast-Verfolgers und
F i g. 2 ein Blockschaltbild der Signalverarbeitung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Fig. i zeigt einen Sucher 2, der in einem Blickfeld 1 arbeitet. Der Sucher 2, der beispielsweise eine ao
Fernsehkamera ist, erzeugt ein Bi'dsignal, das auf elektronischem Wege über ein Signalverarbeitungsgerät
3 den Inhalt des Blickfeldes 1 wiedergibt. Das Signalvcrarbeitungsgerät
3 wird nachfolgend noch ausführlicher in Verbindung mit Fig. 2 erläutert. Die Fernsehkamera 2 ist elektronisch an einen Monitor 4
angeschlossen,dessen Bildschirms entsprechend dem Bildsignal ein sichtbares Bild des Blickfeldes wiedergibt.
Im Blickfeld der Fernsehkamera befindet sich ein Objekt 6, welches sich vom umgebenden Hintergrund
abhebt. Dieses Objekt erzeugt auf dem Bildschirm S ein Bild 7.
Speziell für diesen Zweck vorgesehene Schaltkreise im Signalverarbeitungsgerät 3 definieren ein elektronisches Fenster, welches einen Ausschnitt des Bück-
feldes begrenzt. Der Rahmen des elektronischen Fensters ist auf dem Bildschirm S durch die Endpunkte
von Lichtstreifen 8 festgelegt, die in Art eines Justierkreuzes verlaufen. Die Lichtstreifen werden elektronisch
im Signalverarbeitungsgerät erzeugt. Das elektronische Fenster läßt sich manuell in jede erforderliche
Lage auf dem Bildschirm 5 einstellen. Hierzu dient das mit dem Signalverarbeitungsgerät verbundene
Steuergerät 9.
Das Signalverarbeitungsgerät 3 hat die Aufgabe, das Objekt 6 mit Hilfe des Bildsignals automatisch zu
verfolgen. Beim Verfolgen wird das Bildsignal innerhalb des elektronischen Fensters auf das Hintergrundbildsignal
in begrenzten Ausschnitten des Blickfeldes bezogen. Zu diesem Zweck enthält das Signalverarbeitungsgerät
einen Abtaster für den Objektkontrast, d. h., es wird das Bildsignal im elektronischen Fenster
abgetastet und mit dem Bildsignal außerhalb des Fensters verglichen.
Vor der Kontrastverfolgung muß zunächst einmal das Objekt 6 manuell eingefangen werden. Dies geschieht
nach Entdeckung des Objektbildes 7 auf dem Bildschirm S durch Verschieben des elektronischen
Fensters über das Objekt mit dem Steuergerät 9. Anschließend wird ein Verriegelungsbefehl gegeben.
Wenn das Objekt ausreichend kontrastiert, um eingefangen zu bleiben, übernimmt der Kontrastverfolger
die Verfolgung, so daß das Fenster dem Bild 7 auf dem Schirm 5 folgt.
Bei der Verfolgung erhält das Signalverarbeitungsgerät 3 Signale für die Lage des Objektes 6 gegenüber
der optischen Achse der Fernsehkamera. Mit diesen Signalen kann man die Fernsehkamera 2 so steuern,
daß deren optische Achse kontinuierlich zum Objekt zeigt. Hierbei ergibt sich darm, daß das Bild in der
Mitte des Bildschirmes 5 encheint.
Die Fernsehkamera 2 verwandelt die Bildhelligkeit im Blickfeld in ein Bildsignal, d. h. eine Spannung,
deren Größe sich mit der Heiligkeit ändert. Mit dieser Spannung werden entsprechend den CCIR-Normen
Bild- und Zeilensynchronisierimpulse erzeugt. Das Bildsignal wird nachfolgend mit Uv bezeichnet.
Wie F i g. 2 zeigt, gelangt das Bildsignal Uv vom
Sucher 2 über eine Leitung 10 zu einer Elektronikschaltung 11, die aus dem B-ldsignal Vv ein Signal UL
gewinnt, das nur Informationen bezüglich des Objektes 6 enthält Mit dem Objektsignul UL ist das Objekt
auf den Signalpegel des Hintergrundes bezogen, so daß für die Verfolgung Fehlersignale errechnet werden
können, die nicht durch zufällige Störsignale oder durch örtliche Änderungen des Hintergrundes beeinflußt
werden.
Der Ausgang der Elektronikschaltung 11 speist
einen Fehlersignalrechner 12, der in horizontaler und vertikaler Richtung Fehlersignale errechnet, die in
den beiden genannten Richtungen der winkelmäßigen Abweichung des Objektes von der Fenstermitte proportional
sind. Die Schaltung ist mit einem in den Zeichnungen nicht dargestellten Verstellgerät des Suchers
2 und mit einem Verstctlgerät für die Lage des Objektfensters verbunden.
Zur Elektronikschaltung 11 gehört ein Bildsignalverstärker
13, der mit einem Signalverarbeitungskreis 14 verbunden ist. Der Kreis 14 tastet den Hintergrundsignalpegel
ab, um den Pegel des Bildsignals darauf zu beziehen und eine manuelle oder automatische
Auswahl für die Art der Bildverfolgung zu ermöglichen.
Das Signal IZ1, wird im Bildsignalverstärker 13 verstärkt,
der zwecks kontinuierlicher Signalverarbeitung im Fehlersignal rechner 12 mit einer automatischen
Verstärkungsregelung (AVR) versehen ist. Das AVR-System ist über einen Rückkopplungskreis 15 gesteuert,
der vom Ausgang des Signalverarbeitungskrtises 14 zum Verstärker 13 zurückführt. Der Verstärkungsfaktor
des Bildsignalverstärkers 13 wird über den Rückkopnlungspfad verändert.
Der AVR-Regelkreis 15 hält die Amplitude des Objektsignals UL konstant und unabhängig von der
Größe des Kontrastes. Die AVR-Regelung gibt auch die Möglichkeit, den Signalrechner 12 mit relativ kleinem
Energiebedarf zu betreiben;so können einerseits höhere Kosten und andererseits weitere Schaltungsteile
eingespart werden.
Ein übliches Verfahren zur Erzeugung ausreichender Signalstärken liegt darin, die Signalamplituden
oberhalb eines bestimmten Sigmlniveaus zu kappen, um auf diese Weise eine Art Normierung zu erhalten.
Dieses Beschneiden führt aber zum Verlust wertvoller detaillierter Informationen aus dem Bildsignal und
zusätzlich zu einem schlechteren Signal/Rausch-Verhältnis.
Diese Nachteile werden durch die AVR-Regelung für das analoge Bildsignal V1 gemäß der vorliegenden
Erfindung vermieden.
Der Rückkopplungskreis 15 für die AVR-Regelung des Bildsignalverstärkers 13 besteht aus einem Scheitelwcrt-Gleichrichter
16, der mit einem integrator 17 in Reihe geschaltet ist. Zwischen dem Ausgang des
Schcitelwertgleichrichters 16 und dem Eingang des Integrators befindet sich ein Summierungspunkt 18,
an dem ein Bezugssignal REF vom Ausgangssignal des Scheitelwerl-Gleichrichters abgezogen wird. Die
dabei entstehende Differenz wird in den Integrierkreis 17 eingespeist, dessen Ausgangssignal den Verstärkungsfaktor
des Bildsignalverstärkers 13 steuert. Wenn die Amplitude des Signals UL größer odar kleiner
wird, wird der Verstärkungsfaktor nach unten bzw. nach oben geregelt. So kann die Amplitude des
Objektsignals UL bei noch vorhandener intakter ausführlicher
Information ohne Verschlechterung des Signal/Rausch-Verhältnisses der nachfolgenden Signalverarbeitung
angepaßt werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Verfahrea zum Erfassen end Verfolgen von
Bildkontrasten durch Abtasten eines Blickfeldes aod Erzeugen eines das Blickfeld elektronisch reproduzierenden
Bildsignals, wobei einem ein erkennbares Objekt enthaltenden Blickfeldausschnitt
ein Bildsignalausschnitt zugeordnet wird, aus dem mittels eines Vergleichs des Objektes mit dem
Blickfeldhintergrund ein den Kontrast des Objektes enthaltendes Objektsignal gewonnen wird,
worauf das Objektsignat entsprechend einer Zweiteilung des Bildsignalausschnittes in vorzugsweise
horizontaler bzw. vertikaler Richtung unterteilt wird und die so erhaltenen Objektsignalteile zur
Lagefehlererfassung und Nachführung des Bildsignalausschnittes entsprechend der Objektbewegung
miteinander verglichen werden, dadurch
gekennzeichnet, daß das Objektsignal in analoger Form gewonnen und weitergeleitet wird,
so daß der gesamte Informationsgehalt des Bildsignalausschnittes bei der Lagefehlererfassung zur
Verfügung steht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektsignal vor der Zweiteilung
und vor der Lagefehlererfassung mit Automatikregelung so verstärkt wird, daß das Objektsignal auf einem gewünschten Signalniveau
verbleibt.
3. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Bildabtaster,
dessen Bildsignal das abgetastete Blickfeld elektronisch wiedergibt, einem das Bildsignal empfangenden
Signalverarbeitungsgerät, das für einen Ausschnitt des abgetasteten Blickfeldes einen elektronischen
Objekt-Ausschnitt definiert, um die dort vorhandenen Teile des Bildsignals abzutrennen,
einer Vorrichtung, die dtn Objekt-Ausschnitt auf ein ausgewähltes Objekt im Blickfeld richtet
und dort festsetzt, und einer Schaltung, die das Objektsignal unterteilt, um Signalvergleiche zwischen
verschiedenen Teilen des Objekt-Ausschnittes zu ermöglichen und Lagefehler des Objekt-Ausschnittes
zu erfassen, mit denen der letztere dem Objekt folgend gesteuert werden kann, dadurch
gekennzeichnet, daß das Signalverarbeitungsgerät (3) der Fehlererfassungsschaltung ein
Analug-Signal übermittelt, das die im Bildsignal des Suchers (2) vorhandenen und für den Kontrast
des Objektes repräsentativen Signalschwankungen im wesentlichen ungeändert enthält.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das Signalvei arbeitungsgerät (3) in einem Rückkopplungskreis (15) einen Regelverstärker
(13) enthält, in dem das Objekt-Signal vor der Lagefehlererfassung zurückgeführt und so
verstärkt wird,daß das Objektsignal auf einem ge-' I'1 sehten Signalniveau bleibt
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- 1971-11-10 CH CH1633471A patent/CH531746A/de not_active IP Right Cessation
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DE2155032B2 (de) | 1975-01-23 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 |