DE2441640C3 - Anordnung zur automatischen Zielverfolgung durch Videokontrastanalyse - Google Patents
Anordnung zur automatischen Zielverfolgung durch VideokontrastanalyseInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine aus der DTPS 21 55 034 bekannte Anordnung gemäß dem Gattungsbegriff des
Patentanspruches 1.
Bei einer solchen Anordnung wird ein das zu verfolgende Ziel enthaltendes Beobachtungsfeld auf
dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre sichtbar gemacht. Der Verfolgung geht ein Suchvorgang des
Zieles voraus, derart, daß das letztere in das Innere des beobachteten Feldes gebracht wird; hieran schließt sich
ein Fangvorgang an. Dieser letztere kann zunächst
durch den Bedienenden nach visuellem Erkennen des Zieles auf dem Bildschirm gesteuert werden, indem der
Zielort mittels einer Markiereinrichtung nach Art des auf dem Bildschirm sichtbar gemachten elektronischen
Fensters grob bezeichnet wird. Ein etwa der von dem Ziel bedeckten Fläche entsprechender, begrenzter Teil
des Beobachtungsfeldes kann auf diese Weise betrachtet und mittels des Fensters isoliert werden. Nach
Positionierung des Fensters auf das Ziel ist der Fangvorgang abgeschlossen und der Vorgang der
Verfolgung kann nun durch Analyse des Videokontrastes zwischen dem Ziel und seiner unmittelbaren
Umgebung einsetzen. Das Fenster wird nun dem Ziel nachgeführt und folgt seinen Bewegungen in dem
beobachteten Feld. Die Positionierungsdaten des Fensters können zur Messung der Ablage des Zieles in
bezug auf die Mittelachse oder Richtachse des Feldes verwendet werden. Das Meßergebnis kann zur Steuerung
eines automatischen Richtvorganges auf das Ziel verwendet werden, indem man die Koinzidenz 'wischen
der Richtachse und der Zielachse aufrecht erhält
Die Leistungsfähigkeit solcher Verfolgungsanordnungen hängt wesentlich von der Art der schaltungstechnischen
Verwirklichung der Videokontrastanalyse ab, die sich jedoch der eingangs genannten DT-PS 21 55 034
nicht entnehmen läßt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Anordnung so weiterzubilden, daß die
Zielverfolgung auch bei erheblichen Schwankungen der Helligkeit des Zieles und/oder des Zielhintergrundes
sichergestellt bleibt.
Die Lösung dieser Aufgabe bildet das Kennzeichen des Patentanspruches 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
In der Zeichnung ist die Anordnung nach der Erfindung anhand von Blockschaltbildern, Schaltbildern
und Diagrammen einer beispielsweise gewählten Ausführungsform schematisch veranschaulicht. Es zeigt:
Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer automatischen
Verfolgungsanordnung nach der Erfindung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Bildschirmes
und eine vertikale Ablenkkurve,
Fig.3 und 4 ein Ausführungsbeispiel für die Fenstergeneratorschaltung und ein sich hierauf beziehendes
Signaldiagramm,
F i g. 5 und 6 ein Ausführungsbeispiel der Fangschaltung und ein sich hierauf beziehendes Signaldiagramm,
Fi g. 7 bis 9 ein Ausführungsbeispiei der Videoverfolgungsschaltung
und sich hierauf beziehende Signaidiagramme.
Die automatische Fernseh-Verfolgungsanordnung gemäß dem vereinfachten Blockschaltbild in F i g. 1
umfaßt die folgenden, zusammenwirkenden Elemente.
Eine Fernsehkamera 1 üblicher Bauart umfaßt die Kameraröhre und die zugeordneten Versorgungs- und
Ablenkschaltungen; das optische Objektiv 2 gestattet die Scharfeinstellung des beobachteten Feldes, die
optische Achse AV entspricht der Visierachse oder Richtachse der Kamera. Das gelieferte Signal ist ein
zusammengesetztes Signal und umfaßt sowohl das Videofrequenzsignal V als auch die Impulse für die
horizontale Synchronisierung SH und die vertikale Synchronisierung SK der zeilenweisen Abtastung. Die
als »horizontal« bezeichnete Zeilenablenkung bestimmt fts
die Richtung einer ersten Bezugsmeßachse, die im folgenden als Achse X bezeichnet wird. Die Bildablenkung
oder Vertikalablenkung bestimmt die Richtung der zweiten Meßachse Y, die orthogonal zu der
Vorhergehenden verläuft
Ein Fernsehempfänger 3 oder Monitor ebenfalls üblicher Art wird mit dem zusammengesetzten Signal
versorgt, um auf seinem Bildschirm 4 das durch die Kamera 1, 2 beobachtete Feld sichtbar zu machen. Der
Mittelpunkt des Bildes entspricht der Spur der Achse AV. Fi g. 2 zeigt den Bildschirm und die durch den
Mittelpunkt A des Bildschirmes gelegten Achsen X und Y.
Darüber hinaus sind Schaltungen 5, 6 und 7 vorgesehen, die ein rechteckiges, elektronisches Fenster
F(F i g. 2) erzeugen. Die Synchronisierschaltung 5 erhält das zusammengesetzte Signal und trennt hieraus die
Synchronimpulse SH, SV ab. Sie erzeugt außerdem aus diesen Impulsen verschiedene Synchronisier- und
Steuersignale, die für das Arbeiten der verschiedenen, die Anordnung bildenden Schaltungen erforderlich sind.
Die Schaltung 6 erzeugt aus den Synchronisiersignalen ein Helltastsignal, das in der Schaltung 7 dem
zusammengesetzten Signal beigemischt wird, um das Fenster F sowie das Beobachtungsfeld auf dem
Bildschirm des Monitors sichtbar zu machen.
Weiterhin sind Fangschaltungen vorgesehen, die eine Photodetektorvorrichtung 8, die auch als photoempfindliche
Pistole oder als elektronischer Schreibstift bezeichnet wird, sowie die Schaltung 9 umfaßt. Der
Schreibstift enthält ein photoempfindliches Element wie z. B. eine Photodiode und einen handbetätigten Schalter.
Sobald das freie Ende des Schreibstiftes 8 von dem Bedienenden auf einen gewählten Bereich des Bildschirmes
4 aufgesetzt wird, wird die Diode durch den Lichtstrom sensibilisiert, der sich aus der Kathodenstrahlabtastung
des begrenzten, praktisch punktförmigen Bereiches, auf den der Schreibstift gerichtet ist,
ergibt. Durch Betätigung des Schalters löst der Bedienende die Übertragung des von der Diode
festgestellten Signals SD an die Schaltung 9 aus. Das Signal SD enthält die Information über die Lage des mit
dem Schreibstift auf dem Bildschirm bezeichneten Bereiches, wobei dieser Bereich durch das zu verfolgende
Ziel gebildet wird, nachdem vorher Suchvorgänge durchgeführt wurden, die zur Ortung des Zieles in dem
beobachteten Feld geführt haben und das Ziel auf dem Bildschirm des Empfängers visuell wiedererkannt
wurde. Für die weitere Beschreibung wird nun angenommen, daß der Suchvorgang beendet ist, daß
sich das Ziel in dem beobachteten Feld befindet und durch seine Form und durch seinen Kontrast auf dem
Beobachtungs-Bildschirm identifizierbar ist. Die Hilfseinrichtungen, die zur Durchführung des Suchvorganges
mittels Ausrichtung der Kamera verwendet werden, werden als nach bekanntem Stand der Technik
ausgelegt betrachtet. Die Fangschaltung 9 is: doppelt vorhanden und umfaßt für jede Achse eine Speicherschaltung,
die das sägezahnförmige Signal für die horizontale Ablenkung Sl X (Fig.3) oder für die
Vertikalablenkung Sl Y (F i g. 2) entsprechend der
betrachteten Achse und dasdetektierte Signal SD erhält
und ein Signal S 2 für jede Achse erzeugt, das dem Pegel des Sägezahns im Augenblick der Anlegung des
detektierten Signals entspricht Die entsprechenden Pegel S2 Xund S2 ^bezeichnen die Ausgangslage des
Fensters für den Fangvorgang. Diese Ausgangspositionierung wird durch die Baugruppe 6 vorgenommen;
nach einer bestimmten Anzahl von Vertikalablenkungen wird das detektierte Signal SDdurch das Signal für
die Fenstermitte S3, nämlich S3 X und S3 Y
entsprechend den jeweiligen Achsen, ersetzt. Der Fangvorgang umfaßt somit in einem ersten Abschnitt
eine anfängliche rasche Klemmung des Fensters auf den durch den Schreibstift bezeichneten Bereich ausgehend
von dem Signal SD, sowie in einem zweiten Zeitabschnitt die Einregelung der Lage der Mitte des
Fensters auf diesen Bereich mit Hilfe des Signals 53. Unter der Annahme einer korrekten Bezeichnung des
Zieles durch den Bedienenden hat der mit dem Schreibstift bezeichnete Bereich geringe Abmessungen,
so daß er sich nach dem Fangvorgang etwa in der Mitte des Fensters befindet, so daß die Verfolgungsschleife
leicht einrasten kann.
Schaltungen 10 zur automatischen Verfolgung führen eine Analyse des Kontrastes des Videosignals in dem
Fenster durch und erzeugen ein Signal 54 für den Fehler der Positionierung oder Lage der Mitte des
Fensters in bezug auf das energetische Zentrum oder Baryzentrum des praktisch aus dem Zielsignal bestehenden,
selektierten Signals. Ebenso wie die Fangschallungen 9 sind die Verfolgungsschaltungen 10 doppelt
vorhanden und umfassen die jeweiligen Kanäle Xund Y. Das Fehlersignal 54 wird periodisch gemessen,
beispielsweise mit einer Periode gleich derjenigen der Bildablenkung oder einem Vielfachen davon und einer
Summierschaltung 14 des Schaltungsblockes 6 zugeführt, wo es nach Betrag und Vorzeichen dem
Ablenksägezahn 51 hinzugefügt wird, um eine Nachführung der Lage des Fensters auf diejenige des Zieles
zu ermöglichen. Das verwendete besondere Verfahren der Videoanalyse umfaßt die folgenden aufeinanderfolgenden
Stufen: Messung eines Bezugsvideopegels entsprechend dem mittleren Videopegel der unmittelbaren
Umgebung des Zieles, Angleichung des Videosignals auf diesen Bezugspegel, Doppelweggleichrichtung
des somit geklemmten Videosignals, Ausblendung oder Selektion des gleichgerichteten, in dem Fenster
enthaltenen Videosignals, Messung der Ablage der Mitte des Fensters von dem Baryzentrum längs jeder
Achse durch Vornahme der entsprechenden Messungen der Energie in den beiden aufeinanderfolgenden
Halbfenstern einer betrachteten Achse und Vergleich der Meßergebnisse. Das Verfahren wird im Zusammenhang
mit den Fig. 7 bis 9 noch genauer beschrieben werden.
Steuerschaltungen 11 gestatten die Einstellung der Abmessungen des Fensters auf diejenigen des Zieles.
Die Betriebsart »Videoverfolgung« erfordert, daß die Abmessungen des Fensters hinreichend genau an
diejenigen des Zieles angepaßt bleiben, derart, daß dieses in seiner Gesamtheit sehr eng umschlossen bleibt.
Dies ergibt sich aus dem Videokontrast, der zwischen dem Ziel und seiner unmittelbaren Umgebung, bestehend
aus dem Hintergrund des Feldes, vorhanden ist; dieser Kontrast wird für die Videoanaiyse sowie für die
Identifikation durch visuelle Erkennung durch den Bedienenden verwendet. Die Ausführung der Schaltungen
11 ist abhängig von dem ins Auge gefaßten AnwendungsfalL
Im Falle eines sich langsam bewegenden Zieles kann die Steuerung ganz einfach von Hand erfolgen und eine
progressive oder diskontinuierliche Änderung bewirken oder es kann eine halbautomatische Steuerung Anwendung
finden. Im Falle eines Zieles mit raschen Bewegungen kann eine aufwendigere automatische
Steuerung erforderlich sein.
Nachgeordnete Auswertungsschaltungen 12 umfassen im allgemeinen Schaltungen zur Messung der
Ablage, d. h. des zwischen der Achse A V und der Zielrichtung eingeschlossenen Winkels. Der Ablagewinkel
ist durch die Koordinaten des Zentrums des Zieles in bezug auf das Zentrum des Bildes bestimmt. Die
Synchronisiersignale SH und SV gestatten die Bestimmung des Mittelpunktes Odes Bildes, der als Ursprung
betrachtet wird und die Signale 53 X und 53 Y der Mitte des Fensters entsprechen etwa dem Zentrum des
Zieles. Die Ablagemessung ergibt die Winkelabweichung XF, KF(Fig. 2). Die Information über die Ablage
kann insbesondere zur automatischen Nachführung der Stellung der Kamera in der X-Achse und der K-Achse
verwendet werden, so daß das Ziel in der Mitte des Feldes bleibt. Die Schaltungen 12 sind in bekannter
Weise und in Abhängigkeit vom Anwendungsfali aufgebaut.
Die im Schaltungsblock 6 enthaltenen Fenstergeneratorschaltungen umfassen für jede Achse die Hintereinanderschaltung
aus einer Schaltung 13 zur Erzeugung der sägezahnförmigen Ablenkung 51 X (S \ Y)
ausgehend von dem entsprechenden Synchronisiersignal SH (SV), eine Summierschaltung 14, in der das
Sägezahnsignal mit den Spannungen entsprechend den Positionierungssignalen 52 und dem Positionierungsfehlersignal
54 addiert wird und eine Schaltung 15, die die Fenstersignale FX und FY (F i g. 3) liefert. Die
Schaltung 15 erzeugt außerdem die Impulse für die Halbfenster Fl X und F2 X längs der Achse X, FI Y
und F2 y längs der Achse K(F ig. 3). Die Helltastsigna-Ie
5Fwerden in der Schaltung 16 aus den Fenstersignalen FXund FKerzeugt.
Ein Ausführungsbeispiel einer automatischen Videoverfolgungsanordnung
wird nunmehr in Verbindung mit den F i g. 3 bis 9 näher beschrieben.
Fig. 4 bezieht sich auf ein Ausführungsbeispiel der Fenstergeneratorschaltungen 6 (F i g. 1).
Die Schaltungen 13, 14 und 15 der F i g. 1 umfassen einen Kanal X und Kanal Y, die jeweils die
entsprechende Synchronisierung SH und SV von der Schaltung 5 erhalten. In F i g. 4 ist lediglich der Kanal Y
aus Gründen der Vereinfachung im einzelnen wiedergegeben; sich hierauf beziehende Signalformen sind in
Fig. 3 dargestellt. Der Kanal X ist in analoger Weise aufgebaut. Die am Ausgang der Summierschaltung
zurückgewonnene Vertikal-Sägezahnspannung 51 Y wird zusammen mit den Pegeln 52 Yund 54 K(sofern
letztere vorhanden sind) drei Schwellwertvergleichern, die als Kippschalter 20, 21 und 22 ausgeführt sind,
zugeführt. Die Pegel der Schwellwerte Vi Y,V2 Y, V3
Ywerden von der Schaltung 11 (Fig. 1) geliefert. Eine
einfache logische Schaltungsanordnung, bestehend aus einem EXKLUSIV-ODER-Glied 23 und drei UND-Gliedern
24, 25 und 26 bildet daraus das Fenstersignal FYund die beiden Halbfenster Fl Yund F2 Klangs
der Achse Y. Die Schaltung 16 kann aus einer Torschaltung 27 bestehen, die durch ein Signal FY
gesteuert wird und der über einen zweiten Eingang das Signal FX des Kanals X zugeführt wird. Das Signal FX
wird somit dem Eingang der logischen Schaltung 28 nur während der Dauer JtY des Anliegens des Signals FY
zugeführt. Die Schaltung 28 erzeugt die Helltastsignale SF entsprechend einem rechteckigen elektronischen
Fenster F(Fig.2). Die Überlagerung des Sägezahnes
51 V mit einem Gleichspannungs-Positionierungssignal
52 Y gestattet, den Sägezahn in bezug auf die Schwellwerte zu verschieben und demzufolge das
Fenster in dem Ablenkbereich zu verschieben. Durch Hinzufügung des Positionierungsfehlers 54 Y zu der
vorhergehenden Position des Fensters in bezug auf den Nullpunkt oder Ursprung der Ablenkung längs der
betrachteten Achse erhält man eine Nachführung des Fensters auf das Ziel.
Fi g. 5 bezieht sich auf die Fangschaltungen 8 und 9
(F i g. 1). Der photoempfindliche Stift 8 versorgt einen Kanal 9 Ywie dargestellt und außerdem einen analogen
Kanal X, der aus Gründen der Vereinfachung nicht dargestellt ist. Das von dem photoempfindlichen
Element 31 festgestellte Signal SD wird einer logischen Schaltung 32 zugeführt, wo es in einen Impuls 55 für die
Ausgangslage der Mitte des Fensters umgesetzt wird. Dieser Impuls 55 wird nur während einer entsprechend
dem Schließen des Schalters 33 durch den Bedienenden begrenzten Zeitdauer zugeführt, wobei diese Zeitdauer
mindestens eine Vertikalablenkung umfaßt, um zumindest einmal die Positionierungsinformation übertragen
zu können. Die Schaltung 32 erzeugt darüber hinaus ein Signal 56, das eine Torschaltung 34 steuert und den
Durchgang eines in der Schaltung erzeugten Signals für die Mitte des Fensters während der vorerwähnten
Zeitdauer sperrt. Das ODER-Glied 35 liefert somit zunächst das Signal 55 für die Voreinstellung des
Fensters; anschließend wird ausgehend von dem in der
Schaltung erzeugten Signal für die Fenstermitte die Regelung oder Nachführung durchgeführt. Dieses in der
Schaltung erzeugte Signal für die Fenstermitte kann durch die Rückflanke des in Fig.6 dargestellten,
invertierten Signals Fi Y für das Halbfenster erzeugt werden. Das Ausgangssignal des ODER-Gliedes 35
steuert eine Speicherschaltung 36, die das Sägezahnsignal 51 K erhält. Der Pegel des Signals 51 Y im
Augenblick des Anlegens des durch die Schaltung 35 übertragenen Signals wird in einem Pufferspeicher 37
gespeichert, dessen Ausgang mit der Summierschaltung 14 Y verbunden ist Synchronisiersignale 57 und 58
steuern den Pufferspeicher 37 bzw. die Integrierschaltung 13 Y mit der Folge der Vertikalablenkung; diese
Synchronisiersignale können über die Synchronisierschaltung 4 (Fig. 1) gewonnen werden. Das Signal 57
steuert die Übertragung des Pegels der Lage der Mitte des Fensters Y an die Summierschaltung 14 Y;
anschließend bewirkt das Signal 58 die periodische Rückstellung des Integrators auf Null am Ende jedes
Zyklus.
Das spezielle Videokontrastanalyseverfahren, das in der Verfolgungsanordnung verwendet wird, wird durch
F i g. 7 veranschaulicht Das von der Kamera gelieferte, zusammengesetzte Signal besitzt die bei 511 über eine
betrachtete Zeilenablenkung veranschaulichte Form. Um den mittleren Pegel des Videosignals außerhalb des
Zieles und nahe demselben, folglich also den mittleren Pegel des sich auf den das Ziel umgebenden
Hintergrund beziehenden Videosignals zu ermitteln, werden Abschnitte dieses letzteren Signals entnommen
bzw. ausgeblendet Diese Entnahme findet in jeder Zeile statt und die Messung des Mittelwertes wird ebenfalls
Zeile für Zeile durchgeführt Zur Entnahme der Abschnitte wird in der Anordnung ein Selektionssignal
erzeugt, und zwar entweder durch die Synchronisierschaltung 5 (Fig. 1) oder durch die Schaltungsanordnung 5 und 6 (Fig. 1). Das Selektionssigna] umfaßt
mindestens einen Abschnitt Bei dem dargestellten Beispiel umfaßt das Selektionssignal «SEzwei Abschnitte
die zu beiden Seiten des horizontalen Fenstersignals FX in der Nähe des Beginns und des Endes-des Fensters
gewählt sind Diese Abschnitte liegen somit außerhalb des Signals des betrachteten Zieles, das in seiner
Gesamtheit von dem Fenster umschlossen wird. Die Zahl der Abschnitte kann größer als zwei sein. Das
Signal SE kann beispielsweise mittels logischer Schaltungen in Kanal X erhalten werden, die komplementär
zur Schaltung 15 sind und zwei zusätzliche Schwellwertvergleicher umfassen. Das Videosignal des Zieles ist ein
positives oder negatives Videosignal oder auch ein abwechselnd positives und negatives Videosignal in
bezug auf den mittleren Videopegel VM in seiner
Umgebung. Das Signal S11 wird auf den gemessenen
Bezugspegel geklemmt wie bei 512 dargestellt, sowie
anschließend doppelweggleichgerichtet, um das Signal 513 zu erhalten. Auf diese Weise wird ein Ziel, das eine
Aufeinanderfolge von hellen und dunklen Bereichen umfaßt, ohne Informationsverlust wiederhergestellt
Lediglich das in dem Fenster liegende Signai 5 14 wird
berücksichtigt da dieses Signal im wesentlichen das Signal des Zieles umfaßt Es wird nun durch Integration
die in dem ausgeblendeten Signal 514 enthaltene Energie gemessen, wobei zwei Messungen längs jeder
Achse durchgeführt werden, von denen die eine sich auf die in dem auf die erste Fensterhälfte längs der
betrachteten Achse begrenzten Signal enthaltene Energie bezieht, während die zweite sich auf die Energie
bezieht, die in dem auf die zweite Fensterhälfte längs dieser Achse begrenzten Signal enthalten ist Somit wird
für den Kanal ATdas Signal 514 durch die Halbfenstersignale Fl X und F2 X in die Signale 515 und 516
unterteilt und die Messungen entsprechen jeweils den in den jeweiligen Signalen 515 und 516 enthaltenen
Energien; diese Messungen werden einzeln für die verschiedenen, aufeinanderfolgenden, in dem Fenster F
enthaltenen Zeilen addiert Im Kanal Y wird die durch das Signal 514 dargestellte Energie zunächst im Verlauf
der verschiedenen in dem ersten Halbfenster Fl Y enthaltenen Zeilen gemessen, anschließend im Verlauf
der in dem zweiten Halbfenster FIY enthaltenen Zeilen. In jedem der Kanäle werden die zwei
Messungen anschließend verglichen, woraus die Differenz erhalten wird, die die Information über die Ablage
der Positionierung der Mitte des Fensters in bezug auf das energetische Zentrum des Signals 514, also ziemlich
genau den Positionierungsfehler des Zentrums des Fensters in bezug auf das Baryzentrum des Zieles längs
der betrachteten Achse darstellt Der Vergleich der Meßergebnisse wird periodisch während des vertikalen
Rücklaufes durchgeführt, wobei die Periode gleich derjenigen der Vertikalablenkung oder einem Vielfachen derselben ist Die in Form einer Gleichspannung
erhaltenen Differenzsignale bilden die Positionierungsfehlersignale 54 X und 54 Y, die den entsprechenden
Summierschaltungen 14 X und 14 Yzugeführt werden
um die Mitte des Fensters dem energetischen Zentrum des Zieles nachzuführen.
F i g. 8 zeigt einen Teil der Videoverfolgungsschaltungen 10 der Fi g. 1. Dieser Teil ist den beiden Kanälen X
und Y gemeinsam und erzeugt das gleichgerichtete Videosignal nach Klemmung auf den BezugspegeL Das
von der Kamera gelieferte, zusammengesetzte Signal wird einer Filterschaltung 40 zugeführt, deren Durchlaßbandbreite an die Minimaldauer des in betracht
gezogenen Zieles angepaßt ist Das gefilterte Signal wird bei 41 verstärkt und einem ersten Eingang einer
Vergleicherschaltung 42 wie etwa einem Differenzverstärker zugeführt sowie dem zweiten Eingang dieser
Schaltung über die Schaltungen 43 bis 45. Diese letzteren bestehen aus einer analogen Torschaltung 43,
die durch das Ausblend- oder Selektionssimal SF,
gesteuert wird, aus einer Integrierschaltung 44 und einer Speicherschaltung 45. Die von dieser Torschaltung
gelieferten Videoabschnitte werden in der Schaltung 44 integriert um den mittleren Pegel VM zu erhalten. Die
Größe VM wird am Ende der Zeilenablenkung an die S Speicherschaltung 45 übertragen, deren sich auf die
vorhergehende Zeile beziehender Inhalt in Form einer Gleichspannung an den Vergleicher 42 übertragen wird.
Die Zahl der Zeilenablenkung wird hoch angenommen, um eine gute Bilderkennung zu erzielen, und es ergibt ι ο
sich hieraus eine geringe Schwankung des Pegels VM von einer Zeile zur nächsten. Somit besitzt der analoge
Vergleich in der Schaltung 42 mit einem um eine Zeile verschobenen mittleren Pegel praktisch keinen Nachteü.
Die Integrierschaltung 44 und die Speicherschaltung 45 werden durch Signale 57 Λ'und 58 X gesteuert,
die analog zu den Signalen 57 Y und 58 Vder Fig.6
sind, jedoch zeilenweise, also mit der Zeilenfrequenz, erzeugt werden. Die Schaltung 46, der das Ausgangssignal
512 des Vergleichers zugeführt wird, ist eine Doppelweggleichrichterschaltung, die das gleichgerichtete
Videosignal 513 liefert
F i g. 9 zeigt den übrigen Teil der Videoverfolgungsschaltungen. Das Signal 513 wird einem Kanal X und
einem Kanal Y zugeführt. Eine Betätigung von drei Torschaltungen gestattet für jeden Kanal die Ausblendung
des Videosignals. Der Kanal X umfaßt eine das Signal 513 erhaltende Torschaltung, die durch das
Signal FYgesteuert wird und parallel die durch FXX
gesteuerte Torschaltung 50 X und die durch F2 X gesteuerte Torschaltung 51Λ' speist, so daß die das
Signal 514 bildenden Signale 515 bzw. 516 (F i g. 7) in
den beiden aufeinanderfolgenden Halbfenstern des Kanals X erhalten werden. Ebenso enthält der Kanal Y
eine Torschaltung 47, die das Signal 513 erhält und durch das Signal FX gesteuert wird, wobei diese
Schaltung das in dem Fenster enthaltene Videosignal 514 gleichzeitig an die beiden Torschaltungen 50 X und
50 Y abgibt, die durch die entsprechenden Signale der Halbfenster in der Achse Y, nämlich durch Fl Yund F2
Y gesteuert werden. Jeder Kanal ist somit nochmal in zwei Unterkanäle unterteilt, die die Schaltungen zur
Messung der Energie des ausgeblendeten Videosignals in dem entsprechenden Halbfenster umfassen. Diese
Schaltungen enthalten für jeden Unterkanal eine Integrierschaltung 52 (53) in Serie mit einer Speicherschaltung
54 (55), welche Schaltungen periodisch durch Signale des Typs 58 Y und 57 Y (Fig.6) mit einer
Periode gesteuert werden, die gleich der Periode des Bildwechsels TY oder einem Vielfachen davon ist Die
beiden Speicherschaltungen 54 und 55 liefern an eine Vergleichsschaltung 57 des Differenzverstärkertyps
eine Gleichspannung. Wenn mit EX die durch die Meßschaltungen 52 bis 54 in dem ersten Halbfenster
längs der betrachteten Achse (E 1 X in der X-Achse, EX
V in der Y-Achse) gemessene Energie bezeichnet wird
und mit E2 die durch die Meßschaltungen 53 bis 55 in dem zweiten Halbfenster gemessene Energie bezeichnet
wird, ist der Ausgangspegel des Vergleichers proportional zu (EX—E2) und kann der entsprechenden
Summierschaltung 14 zugeführt werden.
Die Steigung des Fehlersignals kann ganz erheblich schwanken in Abhängigkeit von Änderungen der
Abmessungen des Zieles, des Fensters und der Beleuchtung der beobachteten Szene, folglich in
Abhängigkeit von Schwankungen der Gesamtenergie des in dem Fenster enthaltenen Signals 514. Eine
automatische Verstärkungsregelschaltung gestattet diese Steigung praktisch konstant zu halten und den
Betrieb zu stabilisieren. Diese Schaltung nimmt eine Division des Fehlersignals, das das Differenzsignal
zwischen den von den beiden Halbfenstern einer Achse abgegebenen Signalen ist, durch das Summensignal
derselben Halbfenster vor. Somit ist die herangezogene Korrekturspannung die Spannung (EX- E2), gewichtet
oder bewertet mit der Summe (EX +E2), die ziemlich genau die Gesamtenergie des Zieles darstellt. Wenn
diese Summe klein ist, ist die Verstärkung der Schaltung hoch; wenn umgekehrt die Summe einen hohen Wert
erreicht, ist die Verstärkung gering. Die Bewertungsschaltung umfaßt eine Addierschaltung 56, deren
Eingänge mit den Speicherschaltungen 54 und 55 des betrachteten Kanals verbunden sind und eine Dividierschaltung
58. Die Operationsschaltung 58 bildet den Quotienten
El
-El
ΕΧ+ΕΪ
indem sie dieses Verhältnis für eine bestimmte Ablage des Zieles annähernd konstant hält. Die von der
Schaltung 58 gelieferte Spannung bildet eine Fehlerspannung für die Augenblicksposition.
Ergänzend hierzu wird das Fehlersignal am Ausgang der Dividierschaltung derart weiterverarbeitet, daß der
Geschwindigkeit, die das Ziel besitzt, Rechnung getragen wird. Der Geschwindigkeitsspeicher gestattet
die Vorherbestirnmung der zukünftigen Position des Zieles und der Änderung des das Fehlersignal in der
Schleife beeinflußenden Koeffizienten um einen Faktor, der ausgehend von der relativen Verschiebungsgeschwindigkeit
des Zieles errechnet ist Die entsprechende Schaltung enthält eine Integrierschaltung 59, der das
Ausgangssignal der Dividierschaltung 58 zugeführt wird und eine einstellbare Schaltung 60, die durch einen
Potentiometerteiler symbolisiert ist Dieser Teiler erhält an seinen entsprechenden Anschlüssen die vorgenannte,
augenblickliche Fehlerspannung und diese selbe Spannung nach Integration in der Schaltung 59. Die Stellung
des Schleifers gestattet die gleichzeitige Einstellung eines Bruchteiles £des Signals
EX-E2
E1 + E2
wobei Jt kleiner als 1 ist, sowie des komplementären Bruchteiles (1 —/V) des integrierten Signals, wobei diese
beiden Bruchteile über diesen Schleifer abgegriffen werden. Die Faktoren k und (1 —Absind abhängig von
der Stellung des Schleifers, die durch Versuche so ermittelt wird, daß der Geschwindigkeitsspeicher die
Verstärkung der Schleife in einem bestimmten Maß beeinflußt Die Schaltung 60 kann aus einem Operationsverstärker,
der als einstellbarer Teiler geschaltet ist, bestehen.
Die vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels beschriebene Videoverfolgungsanordnung gestattet
dank einer analogen Verarbeitung des verwendeten Videosignals eine automatische Verfolgung mit großer
Anpassungsfähigkeit an schwierigste Betriebsbedingungen sicherzustellen, insbesondere also in Gegenwart
erheblicher Schwankungen der Helligkeit des Zieles und/oder des das Ziel umgebenden Hintergrundes.
Zu erwähnen ist, daß das zu verfolgende, in dem
Fenster enthaltene Ziel insbesondere im Falle von sehr nahen Zielen oder Zielen sehr großer Abmessungen
auch nur aus einem Teil der Gesamtheit des auf dem
Bildschirm sichtbaren Zieles bestehen kann, und zwar unter der Voraussetzung, daß dieser Teil einer
gegenüber den dem sichtbaren Ziel zugehörigen umgebenden Teilen hinreichend kontrastscharfen Einzelheit
entspricht.
Die Verfolgungsanordnung kann demzufolge sowohl auf zivilem oder auf militärischem Gebiet Verwendung
finden. Sie kann beispielsweise für die Überwachung und den Landeanflug von Flugzeugen verwendet
werden oder auch in Feuerleitsysteme integriert
werden.
Wenn die Kamera auf einer mit einem in Bewegung befindlichen Fahrzeug wie etwa einem Schiff festverbundenen
Plattform angeordnet ist, kann die Visierrichtung in bekannter Weise mittels einer Trägheitsplattform
stabilisiert werden, die auf der Plattform angeordnete Kreiselvorrichtungen umfaßt. Die Interface-Verbindungen
sind gering und gestatten die Anordnung in einfacher Weise in ein Betriebssystem zu
integrieren.
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Anordnung zur automatischen Zielverfolgung durch Videokontrastanalyse mit einer Fernsehbildkamera,
die das Videofrequenzsignal des beobachteten Blickfeldes und Synchronimpulse für die Zeilen^
und die Bildablenkung liefert, mit einer Generatorschaltung zur Erzeugung eines elektronischen
Fensters, mit einem Fernsehempfänger oder Monitor zur Sichtbarmachung des Blickfeldes und des
Fensters, mit einer Schaltung zur Einstellung der Abmessungen des Fensters auf solche Werte, daß
der durch das Fenster begrenzte Blickfeldausschnitt etwa dem sichtbargemachten, zu verfolgenden Ziel
entspricht, mit Fangeinrichtungen zur Positionierung des Fensters auf dem Ziel und mit automatischen
Verfolgungseinrichtungen, die das Fenster dem Ziel nachführen und eine Schaltung zur
Messung des mittleren Pegels des Videosignals in jeder Zeile außerhalb und in der Nähe des Zieles
sowie eine Vergleichsschaltung, die jedesmal das Videosignal auf den gemessenen mittleren Pegel
klemmt, umfassen, und das geklemmte Videosignal in zwei Kanälen verarbeiten, nämlich in einem ersten
Kanal zur Messung längs einer ersten Achse X in Richtung der Zeilenablenkung und in einem zweiten
Kanal zur Messung längs einer zweiten Achse V, die orthogonal zur ersten Achse verläuft, und jeder
Kanal zwei Torschaltungen zur Selektion des in dem ersten Halbfenster und dem zweiten Halbfenster
längs der betreffenden Achse enthaltenen Videosignals und Meßschaltungen zur periodischen, mit der
Periode der Bildablenkung oder einem Vielfachen davon erfolgenden Gewinnung eines Signals des
Fehlers der Zentrierung des Fensters auf das Ziel in der betreffenden Achse umfaßt, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schaltung zur Messung des mittleren Pegels (VM) des Videosignals eine
Vollweggleichrichterschaltung (46) für das geklemmte Videosignal enthält, deren Ausgang mit
den beiden Kanälen verbunden ist, und daß die Meßschaltungen jedes Kanals nach jeder Torschaltung
(50, 51) «inen Integrator (52, 53) zur Messung des zeitlichen Integrals des in dem entsprechenden
Halbfenster enthaltenen, gleichgerichteten Videopegels, eine Speicherschaltung (56,55) zur Speicherung
des Integrationsergebnisses (Ei, E2) in jeder betrachteten Meßperiode und eine Differenzschaltung
(57) umfassen, die mit den Ausgängen der beiden Speicherschaltungen des betreffenden Kanals
verbunden ist und ein Signal (Ei — E2) liefert, das die genaue Ablage des Mittelpunktes des
Fensters in bezug auf eine Mittellage, für die diese Integrationsergebnisse jeweils den gleichen Wert in
jedem Kanal haben, angibt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfolgungseinrichtungen in jedem
Kanal eine Schaltung zur automatischen Verstärkungsregelung enthalten, bestehend aus einer von
den beiden Meßschaltungen des jeweiligen Kanals gespeisten Summierschaltung (56) und einer Dividierschaltung
(58), die das entsprechende Summensignal sowie das Differenzsignal erhält und ein mit
dem Wert des Gesamtintegrals des in dem Fenster enthaltenen Videosignals bewertetes Positionisierungsfehlersignal
liefert.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das bewertete Fehlersignal auf eine
einstellbare Dividierschaltung (60) einerseits direkt, andererseits über eine Integrationsschaltung gelangt,
derart, daß ein Positionierungsfehlersignal
S erhalten wird, das das bewertete Fehlersignal, multipliziert mit dem Koeffizienten k kleiner Eins,
und das Ausgangssignal des Integrators, multipliziert mit dem komplementären Koeffizienten (1 — A:),
umfaßt, wobei der Koeffizient A: einstellbar ist.
ίο
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Messung des mittleren Pegels des Videosignals eine
Torschaltung (43) zur Selektion von Videosignalabschnitten in der Nähe und außerhalb des Fensters
umfaßt und daß der Torschaltung (43) ein Integrator (44) nachgeschaltet ist, der zeilenweise den Amplitudenmiltelwert
(VM) dieser Signalabschnitte mißt und mit einer Speicherschaltung (45) verbunden ist,
die einen Eingang der Vergleichsschaltung (42) speist, deren anderer Eingang das Videosignal erhält
und deren Ausgang das geklemmte Videosignal liefert.
5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fangeinrichtungen eine Photodetektorvorrichtung
(8) nach Art des elektronischen Schreibstiftes zur Bezeichnung des sichtbar gemachten
Zieles und eine Fangschaltung (9) umfassen, die das Detektorsignal (SD) erhält und für jeden
Meßkanal mit einer Felge gleich der Bildwechselperiode
oder einem Vielfachen davon ein Positionierungssignal für die Mitte des Fensters (S 2) erzeugt
und dieses Signal auf die Fenstergeneratorschaltung zur Erzeugung der Anfangspositionierung gelangt
und daß die Fangschaltung Umschalteinrichtungen enthält, die das Detektorsignal nach einer bestimmten,
anfänglichen Fangdauer durch ein die Fenstermitte bezeichnendes Signal ersetzen.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fenstergeneratorschaltung für
jeden Kanal eine Summierschaltung (14) enthält, die einerseits eine Sägezahnspannung entsprechend der
Ablenkspannung längs der jeweiligen Achse und andererseits von der entsprechenden Fangschaltung
das Signal für die Position der Fenstermitte in Form einer Gleichspannung, sowie von den entsprechenden
Verfolgungsschaltungen das Signal für den Positionierungsfehler der Fenstermitte ebenfalls in
Form einer Gleichspannung erhält und daß der Ausgang der Summierschaltung mit parallel liegenden
Eingängen von drei Schwellwertvergleicherschaltungen verbunden ist, deren Schwellwertpegel
dem Anfang bzw. der Mitte bzw. dem Ende des Fensters längs der jeweiligen Achse entspricht.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR7331521 | 1973-08-31 | ||
FR7331521A FR2302004A5 (fr) | 1973-08-31 | 1973-08-31 | Systeme de poursuite automatique d'une cible, procedant par analyse de contraste video |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2441640A1 DE2441640A1 (de) | 1975-03-13 |
DE2441640B2 DE2441640B2 (de) | 1977-06-23 |
DE2441640C3 true DE2441640C3 (de) | 1978-02-09 |
Family
ID=
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