DE2547798A1

DE2547798A1 - Einrichtung zur erkennung und verfolgung eines zieles

Info

Publication number: DE2547798A1
Application number: DE19752547798
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr Rer Nat Hesse; Gerhard Ing Grad Schoene; Rolf Steinhardt
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1975-10-25
Filing date: 1975-10-25
Publication date: 1977-04-28
Also published as: FR2328970A1; DE2547798B2; IT1073366B

Description

LICZlTTIA Patent-Verwal tuirjs-GiabH. 6 Frankfurt/Main 70, Theoe.or-otern-Kai 1

HH 75/15 24. Oktober 1975

Sl/mar

"Einrichtung zur Erkennung und Verfolgung eines Zieles"

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erkennung und Verfolgung eines Zieles unter Verwendung eines auf das Ziel gerichteten Beobachtungsgerätes, welches aus der Bildinformation des Beobachtungsgerätes das zu verfolgende Ziel durch Zetzen einer KontrastGch;;:;lle terausfiltert, laufend die Ablage des Zieles vom Zentrum des Szenenbildes in X- und Y-Richtung ermittelt und der Ablage entsprechende Stellsignale an den Stellantrieb abgibt.

Es sind Einrichtungen allgemein bekannt, mit deren Hilfe es möglich ist, einen bewegten, elektromagnetische Strahlung (Licht, Wärme) aussendenden oder reflektierenden Gegenstand mit einem für die entsprechende Strahlung empfindlichen Gerät zu beobachten und automatisch seine Lage zu verfolgen. Bei diesen Einrichtungen wird die von ihren Bild-Sensoren aufgenommene Information zur Ableitung von Nachführsignalen ausgewertet.

Es sind speziell nach dem Kontrastprinzip arbeitende Zielverfolgungssysteme bekannt, bei denen eine Szene durch Setzen einer Schwelle in helle bzw. dunkle Gebiete eingeteilt, und z. B. die Lage einer Hell-Dunkelkante einer als Ziel erkannten

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Hell- oder Dunkelfläche ermittelt wird. Ferner kann durch
Mittelwertbildung aus mehreren Karten ein (angenäherter)
Schwerpunkt errechnet werden. Bei einer Bewegung des Zieles
wird ein Ablagesignal an ein Servosystem geliefert, das eine
Verstellung des Boobachtungssystems entsprechend dem Ablagesignal bewirkt.

Da cie Lage einer JI:: 11 dunkelkante, besonders bei nicht sehr
kontrastreichen Zielen, durch das Hauschen des Fernsehsignals sehr schwankend sein kann, ergibt sich im allgemeinen bei den bisher genannten Methoden kein sehr stetiges Ablagesignal, und damit ein sehr unruhiger Verfolgungsvorgang.

Der Erfindung liegt nun -"in Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Erkennung und Verfolgung- eines von einem Beobachtungsgerät erfaßten Zieles zu schaffen, mit der eine beträchtliche Steigerung der Leistungsfähigkeit der oben beschriebenen Vorfolgungssysteme möglich ist.

Die Aufgabe wird erfiridungsgemäß dadurch gelöst, daß die Trackereinheit einen Schwerpunktsrechner zur exakten Schwerpunktsberechnung der Zielfläche enthält.

Eine xireitere erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe geht dahin,
daß die Trackereinheit eine digitale Schwellxirertautomatik zur automatischen Berechnung des Schwellwertes aufxreist.

Die Aufgabe wird gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung auch dadurch gelöst, daß die Trackereinheit einen Schwerpunktsrechner zur exakten Schxirerpunktsberechnung der Zielfläche und eine digitale Schwellwertautomatik zur automatischen Berechnung des Schwell wertes auf xreist.

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'Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lösungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Ss werden alle zum Ziel gehörigen über oder unter der genannten Helligkeitsschwelle liegenden Bildpunkte bei der ilrrechnunrdes !Flächenschwerpunktes herangezogen.

Der Flächenschwerpunkt wird nach der Formel

^-Koordinaten des Zieles

Bildpunkte des Zieles

y-Koordinaten des Zieles Bildpunkte des Zieles

relativ zum Bildmittelpunkt errechnet. Auch wenn der Kontrast "Zielhelligkeit gegen Hintergrundhelligkeit" nicht sehr groß ist, ist diese Verfolgungseinrichtung weitgehend vom Häuschen unabhängig, da durch die Mittelung über die Gesamtfläche der Einfluß schwankender Randzonen des Zieles stark herabgesetzt wird.

Will man den Vorteil einer automatischen Berechnung der Schwelle ausnutzen, so ermöglicht auch hier eine digitale Realisierung große Genauigkeit und Zuverlässigkeit soxvie l'emperaturstabilität. Eine mit analogen Bausteinen realisierte Schwell v/er t automatik ist dagegen recht aufwendig und zudem langsam. Bei schnell sich ändernden Zielbeleuchtungsstärken ist bei der digitalen Lösung die Gefahr des Zielverlustes durch eine falsch liegende Schwelle sehr gering.

Sin Ausführungsbeispiel nach der Erfindung und die Vorteile der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt

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COPY

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■Figur 1 den Signalfluß der GoRamteiririohtung, Figur 2 ein Blockschaltbild der Trackereinheit (Detail 2 aus

FiP:. 1)

Figur 3 ein Blockschaltbild des Schwerpunktrechners (Detail ?

■' . ~ aus Fig. 2)

Figur 4 das Blockschaltbild einer digitalen Schwellwertaütomatil: (Detail 8 aus Fig. 2)

In Figur 1 v/ird das von einem als Sensor arbeitender. Beobachtungsgerät 1 ermittelte Bild einer Szene mit dera verfolgten Ziel an die Trackereinheit 2 τ/eitergeleitet, s. B. in Form eines Video-Signales einer Fernse haulage. Die Trackereinheit gibt .'jeweils die berechneten, der Ablage entsprechenden Stellsignale an einer zweiachsigen Servoantrieb 3 ab, der das Beobachtungsgerät dem Ziel nachführt. Zur Beobachtung der Ablage des Zieles vom Zentrum des Szenenbildes ist der Trackereinheit ein Monitor 4- nachgeschaltet.

Gemäß dem in Figur 2 gezeigten Blockschaltbild der Trackereinheit 2 wird zunächst das Sensorsignal, z.B. ein Video-Signal einer Fernsehanlage nach der in der Zeichnung nicht, angedeuteten Analog/Digital-Konvertion einer Fensterlogik 5 zugeführt, die aus der Gesamtszene einen durch das sogenannte Fenster gegebenen Ausschnitt (um das zu verfolgende Ziel) herausnimmt. Größe und Lage des Fensters innerhalb des Gesamtbildes können durch den Bediener einstellbar sein. Mit Hilfe einer der Fensterlogik nachgeschalteten Schi'/ellwert-Logik 6 wird der Ausschnitt auf diejenigen Bildpunkte untersucht, die zum Ziel gerechnet xverden, d.h. ober- oder unterhalb einer vom Bediener oder einer Automatik 8 vorgegebenen Helligkeitsschwelle liegen. Jeder Objelctbildpunkt führt in dem der Schwellwert-Logik 6 nachgeschalteten Schwerpunktsrechner 7 zu einer !Rechenoperation zur Berechnung der Ablage in X- und Y-ßichtung. Mach jedem errechneten Sensorbild wird die aktuelle Ablage des Zielschwerpunktes in

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X- und Y-Richtung an den Servoantrieb J abgegeben. Die Aus-•gan_::ssignale der Fonsterlofd-k 5» der Schwell wertlogik 6 und des Schwerpunktrechners 7 können einer Bildüberlagerun^seinheit 8 zugeführt v/erden, in der dem aktuellen Bild die Fensterumrandung, die "erkannten" Zielpunkte, der errechnete Flächenschwerpunkt des Zieles und ein Zielkreuz elektronisch überlagert wird. Diese überlagerung wird auf dem Monitor 4 aus Fi-rur 1 für einen Beobachter sichtbar dargestellt.

Jn Fi-";ur 5 v/eist der Schwerpunktrechner 7 aus Figur 2 zwei Addierwerke 10 bzw. "11 für die Koordinaten x. bzw. j. der zum Ziel 'gehörigen Zielpunkte auf, sowie einen Zähler 12 der die Anzahl dieser Bildpunkte registriert. Den genannten drei Baugruppen ist ein Dividierwerk 13 nachgeschaltet, dem die Summe aller Koordinaten^ %, und ^ y, und aller Bildpunkte ^. BP zugeführt werden und an dessen Ausgang die Koordinaten des Schwerpunktes X__ und Y anstehen.

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Das von dem Beobachtungsgerät 1 abgegebene Sensorsignal enthält die Gesamtmenge aller Bildpunkte. Die innerhalb des Fensters der Fensterlogik 5 liegende Teilmenge wird dahingehend untersucht, welche Bildpunkte oberhalb (Weiß-Tracker) oder unterhalb (Schwarz-Tracker) eines Schwellwertes liegen und somit zum Ziel gerechnet werden müssen. Der Schwellwert kann manuell vorgegeben werden, muß jedoch schnellen Szenenänderungen angepaßt sein und soll nach der Erfindung mit Hilfe einer digitalen Schwellwertautomatik 8 errechnet werden. Diese arbeitet bevorzugt nach dem Prinzip - vgl. Fig. 4 -,daß von dem digitalisierten Videosignal innerhalb des Bildausschnitts der Mittelwert.in Baugruppe 14 und ein Extremwert - hell oder dunkel - in Baugruppe 15 bestimmt werden. Die Schwelle wird in • Baugruppe 16 als ein prozentual zwischen Extrem- und Mittelwert

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manuell einstellbarer Zwischenwert errechnet. Diese manuelle Variationsnöglichkeit I7 ist eine Korrektur der Automatik, die erlaubt, daß die Lage der Schwelle durch den manuellen Eingriff optimal den jeweiligen Szenenbedingungen angepaßt v/erden kann, um bei der Anwendung in bestimmten Waffengattungen hinreichende Flexibilität zu gexvrährleisten.

Zur weiteren Vervollkommnung der Erfindung sind Schaltungen vorgesehen, die eine automatische Kontrastauswahl bewirken. Je nach Szene sind hierfür zwei Lösungen denkbar.

Wendet beispielsweise ein sonnenbeschienenes fliegendes Objekt, welches einen Hellkontrast darstellt, dem Beobachter plötzlich seine Schattenseite zu, so kann man das Absinken der Differenz "Hell-Extremalwert minus Mittelwert" unter einen Mindestwert zum Auslösen der Umschaltung auf Dunkelkontrast benutzen.

Ein anderes Kriterium kann davon ausgehen, daß in der Umgebung beispielsweise eines Heil-Objektes mehr Bildpunkte unterhalb als oberhalb der Schwelle zu finden sein sollten. Damit kann man die jeweilige Minorität innerhalb der Gesamtheit der Schwellentscheidungen in einer ausgewählten Zone um das Ziel als Definition des Zielkontrastes ansehen. D. h. sind beispielsweise in der letzteren Zone weniger Bildpunkte oberhalb (hell) als unterhalb der Schwelle registriert, so. soll nach Heil-Objekten gesucht werden, da die Umgebung überwiegend dunkel ist.

Hierdurch wird insbesondere eine automatische Kontrastwahl beim Auslösen des Track-Vorganges ermöglicht.

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Leerseite

Claims

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P a t, e. η t a η s ρ r ti ehe

Einrichtung zur Erkennung und Verfolgung eines Zieles unter Verwendung eines auf das Ziel gerichteten Beobachtungsgerätes, welches aus der Bildinformation des Boobachtun^sgerätes das zu verfolgende Ziel durch Setzen einer Kontrastschwolle herausfiltert, laufend o3ie Ablage des Zieles vom Zentrum des Szenenbildes in X- und Y-Iiichtung ermittelt und der Ablage entsprechende Stellsignale an den Stellantrieb abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Trackereinheit (2) eine.n Schwerpunk kr echner (7) zur exakten Schwerpunktberechnung der Zielfläche enthält.

2. Einrichtung zur Erkennung und Verfolgung eines Zieles unter Verw-endung eines auf das Ziel gerichteten Beobachtungsgerätes, welches aus der Bildinformation des Beobachtungsgerätes das zu verfolgende Ziel durch Setzen einer Kontrastschwelle herausfiltert, laufend die Ablage des Zieles vom Zentrum des Szenenbildes in X- und Y-Richtung ermittelt und der Ablage entsprechende Stellsignale an den Stellantrieb abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Trackereinheit (2) eine digitale Sohwellwertautomatik (8) zur automatischen Berechnung des Schwellwertes aufweist.

3. Einrichtung zur Erkennung und Verfolgung eines Zieles unter Verwendung eines auf das Ziel gerichteten Beobachtungsgerätes, welches aus der Bildinformation des Beobachtungsgerätes das zu verfolgende Ziel durch Setzen einer Kontrastschwelle herausfiltert, laufend die Ablage des Zieles vom Zentrum des Szenenbildes in X- und Y-Hichtung ermittelt und der Ablage entsprechende Stellsignale an den Stellantrieb abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Trackereinheit (2) einen Schwerpunktsrechner (7) zur exakten Schwerpunktsfoerechnung der Zielfläche und eine digitale Schwellwertautomatik (8) zur automatischen Berechnung des Schwellwertes aufweist.

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ORIGINAL INSPECTED

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M-. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 3> gekennzeichnet durch die Verwendung digitaler '.iochenwerke, die sut 3°recnnun,'c des Flächenschwerpunktes nach der Formel

op _ ^. Koordinaten (x oder y) ° ^x» y ~ «2TBildpunkte

verschaltet sind (Fig. Jj.

5· iSinrichtun·^ nmch Einspruch 2 oder 3» dadurch ,"jelzennzeiciinst, daß der Schv/ellwert automatisch digital als einstellbarer Zvdschenwert z?aschen den digital errechneter. I^ctren- und dem Mittel v/er t ermittelt wird 'Ji-;. 4).

6. Einrichtung nach Anspruch 1,2, 3 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß eine Kontrasturaschaltunrj automatisch vorgenommen wird, wenn die Differenz zwischen Extrem— und Diittelwert '"!es gerade ausgewerteten Kontrastes unter einen Mindestwert fällt.

7· Sinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 5, dad-jrch gekennzeichnet, daß eine Kontrastwahl automatisch durch jjinstellung auf denjenigen Kontrast (hell oder dunkel) erfol?;t, der durch -'?ie prozentuale Minorität an Bildpunkten im Randzonenbereich oberhalb oder unterhalb der Schwelle gegeben ist.

LIGEHTIA Patent-Verwaltungs-GmbH.

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