DE2846627A1

DE2846627A1 - Korrelations-verfolgungsgeraet

Info

Publication number: DE2846627A1
Application number: DE19782846627
Authority: DE
Inventors: John M Fitts
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1977-11-02
Filing date: 1978-10-26
Publication date: 1979-05-10
Also published as: US4133004A; JPS585554B2; IT1106216B; JPS5472620A; FR2410285B1; DE2846627B2; DE2846627C3; SE431488B; GB2007455B; SE7811239L; FR2410285A1; IT7851696A0; GB2007455A; IL55655A

Description

Anmelderin: Stuttgart;, 23. Oktober 1978

Hughes Aircraft Company P 3606 S/kg Centineln Avenue and

Teale Street

Culver City, Calif., V.üt.A.

Vertreter;

Kohler - Schwindling - Üpüth
Patentanwälte
Hohentwielatraße 41
7000 Stuttgart 1

Korrelationa-Vei?folgungsgei-'ät

Die Erfindung betrifft ein Korrelationa-Verfolgungsgerät zur Erzeugung von Verfolgungs-Fehlei^aignalen mit einem Empfänger zum Empfang der von einer beobachteten üzene auegehenden elektromagnetischen Energie und Erzeugen der empfangenen Energie entsprechenden Videosignale V^.(k), die zur Erregung einer Vielzahl zugeordneter Bildelemente P..(k) einee üichtgerätea geeignet aind und eine Folge von Bildern der beobachteten Szene ergeben,,

Allgemein erfordert die Korrelationa-Verfolgung die Erzeugung einer Kreuzkorrelationafunktion zwischen einer gespeicherten Szene und einer gerade beobachteten Szene.

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Die Stellung des Korrelationsinaxiimims bildet ein Maß für die Bildverachiebung, d»h. den Verfolgungafehler. V/enn {jedoch ein solches Konzept streng ."befolgt wird, kann der Betrieb eines Systems, in welchem ein Abtasten des Blickfeldes (FOV = field of view) erfolgt, ernsthaft beeinträchtigt werden, weil die Korrelation zwischen einer Bezugskarte, die vorzugsweise durch Mittelung früher abgetasteter Szenen erzeugt wird, und einer gegenwärtig abgetasteten Szene stets ein Signal zur Folge haben wird, dessen Maximum bei diskreten Werten der Auflösung^- oder Bildelemente des FOV erscheint. Wenn eine Verfolgung«gunauigkeit gefordert wird, die um einige Größenordnungen über dem Auflösungsvermögen liegt, kann die Verwendung eines Korrelations-Verfolgungsgerätes, das von der Lage des Maximums der Korrelationsfunktion Gebrauch macht, eine mangelhafte Verfolgung zum Ergebnis haben«

Bekannte Methoden zur Gewinnung von -ttlevatioiiH- und Azimut-Verfolgungs-Fehleraignaleii α e und ad aus; Videodaten umfassen Flanken- und Mitten-Verfolgungsverfahren,, Im Fall einer Mitten-Verfolgung werden Azimut- und Ülevations-Gewichtungsfunktionen benutzt, die im wesentlichen gespeicherte, geradlinig ansteigende oder abfallende Signale sind. Um ein Hintergrund-Hauschen zu begrenzen, werden oft Tore benutzt, welche die Gewichtungsfunktionen außerhalb des Durchlaßbereiches des Tores auf Null bringen« Auch mittels Schwellenschaltungen kann die Wirkung von Hintergrund-Rauschen vermindert werden. Iis sind Versuche gemacht worden,

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die Torweiton und die Schwellenwerte automatisch einzustellen, um eine selbsttätige Anpassung an das Verfolgungasystem zu erreichen. Selbst wenn eine in mancher Hinsicht optimale automatische Einstellung möglich ist, ist die Empfindlichkeit eines solchen Systems für geringe Signal-Rausch-Verhältnisse (SKR = signal-to-noiae ratios) noch ungenügend«

Es sind auch Systeme verwirklicht worden, die eine Korrelations -Verfolgung unter Verwendung von optischen Mitteln, transparenten photographischen Aufnahmen usw. bewirken. Solche Systeme haben Jedoch eine beschränkte Anpassungsfähigkeit an sich ändernde Ziele. E3 sind auch schon Vorschläge gemacht worden, welche auf der Verwendung digitaler Verarbeitungsraethoden beruhen. Digitale Verfahren für eine Korrelations-Verfolgung sind jedoch bisher nicht entwickelt worden, und zwar vornehmlich aus dem Grunde, daß es bisher unmöglich war, die resultierenden großen Mengen an Videodaten wirksam zu verarbeiten und zu benutzen· Insbesondere ist die Geschwindigkeit, mit der Daten bei der Korrelations-Verfolgung anfallen, häufig zu groß, als daß die Daten von Digitalrechnern in Realzeit verarbeitet werden könnten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Korrelations-Verfolgungsgerät der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, daß es auch bei einem sehr geringen Signal-Rausch-Verhältnis noch einwandfrei arbeitet und eine sehr feine Verfolgung ermöglicht«

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Diese Aufgabe wird mich der Erfindung dadurch gelöst, daß a) die Videosignale V. ,(k) einem Kartengenerator zugeführt werden, der rekursiv eine Bezugskarte MAP. .(k) gemäß

·*■ J der Gleichung

berechnet, in der i und j die stellung des dem Videosignal zugeordneten Bildelementea in zwei verschiedenen Richtungen in jedem Bild k angeben und W_-1 ein Gewicht mit einem Wert zwischen 0 und 1 bedeutet, und einen Speicher zur Aufnahme wenigstens eines vollständigen Bildes zuzüglich einer Zeile der MAP. .-BiId-

^-J elementdaten umfaßt,

b) daß mit dem Speichor des Knrbengenerators ein Gewichtsfunktionsgenerator zur Urzeugung zweier Gewichtsfunktionen Vie. ,(k) und Wd. .(k) gekoppelt ist, welche ein Maß für die negative Ableitiung der Bezugskarte in der ersten bzw. zweiten Richtung sind,

c) daß mit dem Gewichtsfunktiorujgenerator ein Maßstabsgenerator zur Urzeugung zweier Maßstabsfaktoren Oe(k) und OdCk) gekoppelt ist, welche ein Maß für die negative zweite Ableitung der Bezugükarte in der ersten bzw. zweiten Richtung sind, und

d) daß mit dem Gewichtsfunktionsgenerntor und mit dem Kartengenerator ein Fehlersignalgenerator gekoppelt iat, der ein erstes Verfolgungs-Fehleraignal nach den Beziehungen

Ne Hd
Ee* (k) « Σ L ^Weij(^k) Cv_±3Ck) - MAP₁-Ck-I)]

Ee*(k)
CeCk/

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BAD ORIGINAL

und ein zweites Verfolgunga-Fehleraigrial nach den Beziehungen

Ne Nd
Ed»(k) =2 Σ] Wd_id(k)

erzeugt, wobei Ne und Nd die Gesamtzahl der Bildelemente in den beiden Dichtungen bedeuten.

Daa erfindung3gemäfle Korrelationa-Verfolgungsgerät vermeidet die bei den bekannten Geräten vorhandenen Probleme und macht von großen Datenmengen Gebrauch, indem en nahezu optimale, sich selbst anpassende Gewichtafunktionen erzeugt und benutzt. Ba wurde theoretisch nachgewiesen, daß das erfindungagemäße Korrelafcions-Verfolgungsgerät in der Lage ist, auf Ziele mit sich ändernder Größe und unter 3ich ändernden Betrachtungswinkeln anzusprechen, solange die Bandbreite unter einem Wert von α). » w./T liegt, wenn T die Dauer einea Bildes dea beobachteten Blickfeldes und w,. daa Gewicht für die gegenwärtige Szene in einem Mittelungaprozeß der Bezugskarte ist.

Das von Videosignalen, die von einem fernsehartigen BiIdaenaor und einem Multiplexer geliefert werden, aufgebaute Bild erscheint in ^eitintervallen, die mit 1, 2,... k, k + 1, ... bezeichnet werden können. Die zum Abtasten

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eines Videobildes benötigte Zeit beträgt typischerweiae 1/60 s. Das durch die Videosignale erzeugte Bild besteht aus einer Anordnung von Bildelementen, deren Anzahl in der -Elevation (vertikal) Ne und im Azimut (horizontal) Nd beträgt. Typische Werte für Ne und Nd sind einige Hundert, so daß die Gesaintanordnung größenordnungsmäßig aus 10 bis 1CK Bildelementen besteht. Ein Bildelement, das in der Anordnung die Stellung i, j aufweist, wobei i die Vertikalstellung und j die Horizontalötellung angibt, ist für das Bild k durch eine Spannung oder einen Intensitätswert V.,(k) repräsentiert. Am Ende jedes Videobildes können die optimalen, also den kleinsten Rauschanteil aufweisenden Korrelations-Verfolgungssignale für die Vertikal- und Horizontalrichtungen von dem erfindungsgemäßen Korrelations-Verfolgungsgerät anhand der Signale V^.(k) bestimmt werden.

Ein nach der Erfindung ausgebildetes Korrelations-Verfolgungagerät umfaßt beispielsweise einen Empfänger für Radarsignale, Infrarotstrahlung oder andere elektroaagnetische Energie, die von einer beobachteten Szene einfällt, der daraus eine Vielzahl Videosignale V₃.(k) bildet, die in serieller Form erzeugt werden können, um nacheinander einzelne Bildelemente auf dem Bildschirm eines Sichtgerätes anzuregen und dadurch ein Videobild der beobachteten Szene zu erzeugen< > Bei einer bevorzugten Aueführungsform der Erfindung wird das serielle Videosignal mittels eines Analog-Digital-Umsetzers quantisiert.

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Die Videoinformation wird zuerst zur Bildung einer gespeicherten Bezugskarte benutzt, die aus einer Vielzahl von Bildelementen besteht, von denen jedes einen gewissen Mittelwert aus entsprechenden Bildelementen einer Anzahl zuvor erzeugter FOV-BiIder ist«, Der hierzu verwendete Kartengenerator umfaßt einen Speicher, der in der Lage ist, wenigstens ein Bild zuzüglich einer Zeile der Bildelemente der unmittelbar vorhergehenden Bezugskarte zu speichern.

Mit dem Kartengenerator ist dann der üewichtsfunktionagenerator gekoppelt, um für jedes Bildelement der Bezugskarte sowohl Elevations- als auch Aziiaut-ü-ewichtsfunktionen zu erzeugen. Diese Gewichtefunktionen sind im wesentlichen Ableitungen des üignalwertes für jedes Bildelement nach zueinander senkrechten Richtungen· Demgemäß können die Ableitungen einfach dadurch erzeugt werden, daß die Differenz zwischen den Signalwerten gebildet wird, die den Bildelementen zugeordnet sind, welche zu beiden Seiten des fraglichen Bildelementes in der Richtung liegen, für welche die Ableitung gesucht wird, und daß die Differenz durch die körperliche Lange dividiert wird, über welche die Differenz gebildet worden ist.

Der iäaßatabsgenerator empfängt die G-ewichtsfunktionen und erzeugt angepaßte Maßstabafaktoren, welche den negativen Wert der zweiten Ableitungen der Kreuzkorrelationsfunktionen in und zwischen den Koordinatenrichtungen der Videosignale der beobachteten üzene und der Bezugakarte sind.

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Ein Fehlersignalgenerator empfängt ala nächstes die Gewichtsfunktionen, die entsprechenden Bildelementwerte der Bezugskarte und die laufenden Bildelement-Videodaten, um daraus ein vorläufiges Korrelations-Fehlersignal für jedes Bildelement sowohl in Azimut- als auch in Elevationsrichtung zu bilden. Diese vorläufigen Korrelations-Pehlersignale werden während dor Bild-Abtast zeit über die Gesamtzahl der Bildelemente, also über Ne χ Nd Bildelemente, gemittelt«. Das Resultat wird durch den geeigneten angepaßten Maßatabsfaktor dividiert, um für jedes Videobild an dessen tinde ein Azimut- und ein Elevationa-tfehleraignal zu erzeugen» Diese Fehlersignale werden am lande jedes Videobildes ausgegeben, vorzugsweise während der Bild-Rücksprungzeit, bevor der -Empfang dar Videodaten für das nächste Bild beginnt.

Das Korrelations-Verfolgungsgerät kann auch einen Generator normierter Fehlersignale umfassen, der die angepaßten Maßstabsfaktoren und die Korrelat!ons-Fehlersignale dazu benutzt, normierte Fehlersignale im Azimut und in der Elevation zu bilden, die von Kreuzkopplung frei sind.

Da der Betrieb des erfindungsgernäßen Korrelations-Verfolgungagerätes im allgemeinen nicht bezüglich einer idealen Bezugskarte stattfinden wird und daher die normierten Fehlersignale mit üriftfehlern behaftet sind, kann mit dem Ausgang des die normierten Fehlersignale erzeugenden Generator ein üriftkorapensator gekoppelt sein, von dem rekuraiv Drift-Kompensationswerte berechnet und zu den

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normierten i'ehltiruignalen in solcher Weise addiert werden, daß die gewünschten driftfreien i'e hl er aignale sowohl für -Elevation als auch Azimut erzeugt werden,,

Das erfindungagemäße Korrelations-Verfolgungsgerüt liefert unter wirksamer Ausnutzung einer großen Menge von Videodaten Fehlersignale, die in bedeutend vermindertem Maße durch Häuschen verfälscht sind» Zu diesem Zweck werden automatisch angepaßte, optimale üewichtungsfunktionen erzeugt und benubzb. Dadurch wird zugleich das erfindungsgemäße !Correlations Verfolgungagerät gegenüber bekannten Geraten bedeutend vereinfacht.

Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausi'ühi'ungsbeispiels näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden, ^s zeigen

Fig. 1a eine Darstellung einer Bildebene zur Wiedergabe der von einem Sensor gelieferten Videosignale in Form einer Anordnung von Bildelementen,

Fig. 1b die Darstellung eines typischen Videosignals mit einer Anzahl von Abschnitten, von denen jeder den üignalwert darstellt, der dazu dient, ein Bildeleaent der in Fig. 1a dargestellten Gruppe von Bildelementen zu erzogen,

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Fig. 2a und 2b ein detailliertes Blockschaltbild oinea

Korrelations-Vex'folgungagerätea nach der Erfindung,

Fig. 3 daa Blockachaltbild einer möglichen Aua-

führungaform der Summier- und Halteglieder dea Korrelationn-Verfolgungagerätea nach Fig. 2 und

Fig. 4- ein Zeitdiagramui zur Veranachaulichung

der Wirlcungsweiae der Summier- und Halteglieder nach Fig. 3.

Das erfindungagemäße Korrelationo-Verfolgungagei'ät und daa bei diesem Gerät angewendete Arbeitsverfahren aind beaonders bei solchen Syatemen anwendbar?, bei denen ein Blickfeld abgetaatet und dadurch gewonnene Daten in Videosignale umgesetzt werden, beispielaweiae bei Fernaehsyatemen, gewiaaen Badarayatemen oder Infrarot-Bilderzeugern. Das reaultierende Videoaignale kann letztlich dazu benutzt werden, nacheinander eine Vielzahl von Bildelementen in der Bildebene einea öichtgeräfcea zu erregen, das von dem Benutzer beobachtet wird. Bei einem Infrarot-System kann beispielsweise eine begrenzte Anzahl von Infrarot-Detektoren in einer einzigen vertikalen Iteihe angeordnet sein, die über das Blickfeld hinweggeführt wird. Die Auagangssignale der vielen Infrarot-Detektoren können periodisch abgetastet und dann der Multiplex verarbeitet werden, daß ein einzigea Videosignal erzeugt wird, das aus einer Serie aufeinanderfolgender, durch Abtastung entstandener Signale besteht, von denen jedes die Stärke

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der Infrarotstrahlung reflektiert, die aus einem kleinen Bereich des Blickfeldes einfällt. Bei einer anderen Art eines Infrarot-üysteius empfängt eine Gruppe speichernder Sensoren die Strahlung aus dem Blickfeld, und es werden die üensoren nach einem bestimmten öcliema periodisch abgetastet, um serielle Videosignale au erzeugen=

Die Dar a teilung einer Bildebene, die eine Vielzahl von Bildelementen läng» einer ί'Δβ vat ion a -Koordinate £ und einer Azimut-Koordinate η umfaßt, ist in Fig. 1a dargestellt» &8 vex'Bteht sich, daß die beschriebene Bildebene sowohl die Organisation für die Videosignale V..(k) und den Bezugakartenspeicher als auch für die Bildebene eines tatsächlichen üichtgeräteg umfaßt. Die gespeicherten Daten der Bildelemente der Bezugskarte brauchen jedoch tatsächlich nicht dargestellt zu werden. Ü« versteht sich ferner, daß die nachstehend beschriebenen Dimensionen der Bildelemente für den tatsächlichen Bildschirm eines gegebenen üiohtgerätes gelten,, Jedes Bildelement P. .(k) einer repräsentativen Darstelliingn-Bildebene wird einmal während jedes Bildes k durch day entsprechende Videosignale V. .(k) erregt. Die CIeschwindigkeit, mit der die einzelnen Bildelenente erregt werden, und die Nachleucht-Qualitäten der erregten Bildelemente können dazu benutzt werden, die Darstellung eines Videobildes zu bewirken. Zum «weck der folgenden Erläuterungen sei angenommen, daß die Bildebene He Keinen und Hd üpalten Bildelemente umfaßt, und daß jedes Bildelement in £. -Kichtung die körperliche Ausdehnung Ae und in "Ό -Richtung die körperliche Ausdehnung Ad aufweist. Jedes Bildelement wird während einer Zeitdauer von ΔΤ s erregt, und es wird zur

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•Erregung einer Heine von Wd BiI de lementen eine Zeit von DT a benötigt. Weiterhin sei angenommen, daß die Bildelemente einzeln nacheinander in der Horizontalrichtung längs der Koordinate ⁰Q erregt werden und daß die Erregung der einzelnen Reihen nacheinander in Richtung der negativen £ -Richtung erfolgt. Demgemäß wird in der Bildebene nach Fig« 1a ala erstes das Bildelement P^ erregt, dann das Bildelement P^,_o usw., bis als letztes das Bildelement Pjj j-, erregt wird. Es versteht sich, jedoch, daß sowohl für den Empfänger als auch zur Erregung der Bildelemente jedes belj&ige Abtastmuster für ein Korrelations-Verfolgungsgerät nach der Erfindung verwendet werden kann, solange die Folge bekannt ist, mit welcher die Bildelemente in der Bildebene erregt werden. Dabei versteht es sich für den Fachmann, daß Änderungen des Abtastmusters entsprechende Änderungen der Vorzeichen verschiedener Glieder der nachstehend behandelten Gleichungen zur Folge haben können.

Der in Fig. 1b dargestellte Ausschnitt aus einem typischen Videosignal v(t) umfaßt eine Vielzahl von Komponenten V..(k), von welchen jede eine Größe hat, die der Intensität der elektromagnetischen strahlung proportional ist, die von den Sensoren de3 Empfängers beim Abtasten des Blickfeldes empfangen worden ist. Das Videosignal v(t) ist gemäß der oben beschriebenen Anordnung der Bildelemente in der Bildebene organisiert, so daß das Videosignal v(t) dazu geeignet ist, die Darstellung eines Bildes in der in Fig. 1a gezeigten Bildebene zu bewirken. Demgemäß hat jede Video-Signalkomponente V., eine Dauer AT, und es beträgt die zur Erregung einer gesamten Zeile von Bildelementen benötigte Zeit DT₀ Außerdem liegt zwischen der Anregung

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des Bildeleiuentea P. „, und der Anregung dee BiIdelementea P. * * ^eine Zeilen-Rücksprungzeit t,, die benötigt wird, um dea Abtaststrahl des Sichtgerätes den Rückaprung an den Beginn der nächsten Zeile zu gestatten_o Solch eine Zeilen-Rückaprungzeit t-, tritt am i^nde der Abtastzeit für jede Zeile auf, bis zum Knde der zum Schreiben eines Bildes benötigten Zeit Ϊ, an welchem i^nde eine Bild-Rücksprungzeit tx. benötigt wird, um dem Schreibstrahl des Sichtgerätes eine Rückkehr vom Bildelement P^₆ zum Bildelement F^. zu gestatten. Allgemein soll die BiId-Rücksx^rungzeit etwas größer sein als die Zeilen-Rücksprungzeit. -us versteht sich jedoch, daß verschiedene Abtastverfahren angewendet werden können, um die RückBprungzeiten ao klein wie möglich zu halten, ohne dadurch den Rahmen der -Erfindung zu verlassen. Sobald ein Bild k in der Bildebene erzeugt worden und die Bild-Rücksprungzeit abgelaufen ist, beginnt das Schreiben des nächsten Bildes k+1 in der Bildebene, indem der zuvor beschriebene Vorgang wiederholt wird_o

Wie oben angegeben, ist es für manche Systeme von Bedeutung, ein hohes Maß der Stabilität für die Darstellung von Bild zu Bild zu gewährleisten, nicht nur um ein Zittern des Bildes und ähnliche Störungen zu vermeiden, sondern auch um die Stellung von Besonderheiten in der Bildebene mit einer Genauigkeit feststellen zu können, welche größer ist als die Größe der einzelnen Bildelemente. Die Erzeugung von Fehlersignalen, die in einem Rückkopplungs-System benutzt werden können, ist eine Möglichkeit zum Erfüllen dieser Forderung.

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Von dein in dbn 1'¹Xg₀ 2a und 2b al a Ausführungsbeispiel dargestellten Korrelationa-Verfoldungagerät 200 wird zunächst eine im Blickfeld liegende Szene 202 von einem Empfänger 204- abgetaatet, bei dem es sich um den -Empfänger eines Hadargerätes, einen Infrarot-Empfänger oder einen aonstigen Empfänger elektromagnetischer Signale handeln kann«, Der Empfanger 204- spricht auf die von der Szene 202 einfallende elektromagnetische Strahlung an und erzeugt ein Videosignal v(t) mit einem bestimmten Format, wie en beispielsweise in Fig. 1b dargestellt ist. Bei der bevorzugten digitalen Ausführungsform der Erfindung, werden die einzelnen Komponenten des Videosignales V. . zunächst mittels eines Analog-Digital-Umsetzers 206 in eine Digi ·■ > aahl umgewandelt, um ein digitalisiertes Videosignal v(t) zu bilden, das aus einer Folge von Digitalzahlen V. ,(k) für

xj] jedes in der Bildebene darzustellenden Bildes k bestellt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zunächst eine Beaugskarte nach der folgenden Gleichung

₁J(k) = (1-W₁) MAP₁J(k_i) + W₁ V^

erzeugt, in der W₁ ein Gewicht mit einem Wert zwischen 0 und 1 bedeutet, Vorzugsweise i<3t W₁ gleich dem Kehrwert der Anzahl der von Videoinformationen Bilder, über welche die Vierte für die Bildeleraente der Bezugskarte genittelt werden. Wenn sich die Merkmale dor Bezugakarte schnell ändern, ist es demgemäß angezeigt, die Anzahl der Bilder zu vermindern, welche zuva. Wert der Elemente der Bezugskarte beitragen, indem der definierte Wert des Gewichtes W_x- erhöht wird. Wenn dagegen nur geringe Bewegungen oder Änderungen in dem empfangenen Video zu erwarten sind, dann ist es zweckmäßig, eine größere Anzahl von Bildern der

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Videoinformation zur Bildung der Bezugskarte zu verwenden, und es wird demgemäß das Gewicht w,* vermindert» Außerdem ist ea zweckmäßig, stets die Maximalzahl von Videobildern zu verwenden, also das Gewicht w^ so niedrig wie möglich anzusetzen, um die Wirkung von Kauschsignalen zu reduzieren, die in den von der Szene empfangenen Signalen vorhanden sein können«. Beispielsweise wurden bei relativ günstigen Szenen brauchbare Werte unter Verwendung von zwölf bis sechzehn Videobildern erzielt, also bei einer Einstellung des Gewichtes w. auf 0,06 bis 0,08, während bei bewegten Szenen brauchbare Hesultate unter Verwendung von etwa fünf Videobildern, also bei Einstellung des Gewichtes w,. auf 0,2, erzielt wurden, üs kann auch erwünscht sein, den Wert des Gewichtes w. während des Betriebes des Korrelations-Verfoldungsgerätes periodisch zurückzusetzen, um dadurch die Bewegung einer Szene während ihrer Beobachtung genauer wiederzugeben.

Da die Bezugskarte für jedes Bild k sowohl von den gegenwärtigen Daten V.,(k) und dem Wert der Beaugskarte MAP_i .(k-1) während des vorhergehenden Videobildes k-1 abhängt, ist es bei der bevorzugten Ausfühx^ungsform erforderlich, Einrichtungen zum Speichern wenigstens eines Bildes von MAP. .-Daten vorzusehen. Die Speicherung wird vorzugsweise nach einem Schema vorgenommen, das unmittelbar dem Schema der Bildebene des Sichtgerätes entspricht. Obwohl eine Berechnung der Bezugskarte nach dieser Technik bevorzugt wird, versteht es sich, daß eine konstante Bezugskarte definiert oder ein Verfahren mit offener Schleife benutzt werden kann, ohne von den Lehren der

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- SKT -

abzuweichen, solange eine Bezugskarte geliefert wird, welche für die zuvor empfangenen Videosignale charakteristisch ist.

Wie aus Pig. 2a ersichtlich,werden die den Bildeleiaenten P^j(k) zugeordneten Videoinformationen V. .,(k) zunächst in einem Multipliaierer 210 mit dem Gewicht w,. multipliziert, so daß das Produkt w^ V. , (k) entsteht. Dieses Produkt wird dann zu dem entsprechenden Bildelement der Bezugskarte MA-P. .(k-i) addiert, das bei den Berechnungen während des vorhergehenden Videobildes erhalten und gespeichert und in einem zweiten Multiplizierer 211 mit dem Faktor 1-w^ multipliziert worden ist_o Die Addition der beiden Produkte erfolgt in einem ersten Addierer 214- und ergibt eine Reihe von Werten für die Bildelemente der Bezugskarte, welche daa gleiche Ausgangsformat haben wie das digitale Video-^ingangssignal V..(k).

Die resultierende Bezugskarte MAP. .(k) für das Bild k wird dann gespeichert. Das Speichern kann unter Verwendung eines Schreib-Lese-Speichers 3^0 oder einer Anzahl von Schieberegistern oder andere Speichermethoden erfolgen, die es ermöglichen, wenigstens ein vollständiges Bild zuzüglich einer Zeile digitaler Bezugskarten-Bildelement-Daten zu speichern. Die in i?ig. 2a dargestellte Ausführungsform der Erfindung macht von Schieberegistern zum Speichern und Verschieben mehrstelliger digitaler Werte der Bezug3karte Gebrauch. Die statt dessen mögliche Verwendung eines Schreib-Lese-Speiohers 34-0 ist in ^ig. 2a durch einen die Schieberegister umgebenden, gestrichelten Rahmen veranschaulicht. In den Schieberegistern wird jeder

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Wei*t MAP. .(k) al a digitales Wort in der ersten Stufe eines ersten Schieberegisters 216 gespeichert» Der Transport dea digitalen Wortes durch dieses Schieberegister erfordert eine Zeit von etwa T-DT, was bedeutet, daß dieses Schieberegister (Ne-1) ltd Wörter der MAP... Bildelenentdaten aufnehmen und verschieben kann_o Wenn jeder verzögerte Wert der Bezugskarte in der letzten Stufe des ersten Schieberegisters 216 erscheint, wird er in ein zweites Schieberegister 218 eingegeben, das den Wert jedes Bildelementes der Bezugskarte MAP. . um eine Zeit verzögert, die annähernd DT-ΔΤ s beträgt, indem die Daten in ähnlicher Weise wie in dem ersten Schieberegister 216 verschoben werden. Um eine Verzögerung um diese Zeit zu erhalten, muß das zweite Schieberegister Nd-1 Stufen aufweisen. ■Endlich wird die resultierende Bezugskarte, die genau um die Dauer eines Videobildes verzögert ist, durch -einbeziehen eines dritten Schieberegisters 220 erhalten, welches jedes einem Bildelement der Bezugskarte zugeordnete Wort um die Zeit ΔT verzögert. Dieses dritte Schieberegister nimmt demgemäß nur ein Datenwort der Bezugskarte auf.

Obwohl bei der vorstehenden Beschreibung der Signalverzögerung nicht das Einschalten der Zeilen-Kückaprungzeit t, oder der Bild-Rücksprungzeit t~ erwähnt worden ist, iat leicht verständlich, daß diese zusätzlichen Rücksprungzeiten leicht zwangsläufig eingeschlossen werden, wenn das Verschieben der Daten in den verschiedenen Schieberegistern 216, 218 und 220 in Abhängigkeit von Taktsignalen erfolgt, die nur dann auftreten, wenn jeweils ein neues Datenwort V.

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von dem Analog-Digital-Umsetzer 206 geliefert wird.

Aus der vorstehenden Begehreibung int ersichtlich, daß dann, wenn die Daten MAP- .(k) in das erste Register eingegeben werden, zugleich die Daten MAP. _Λ . (k-1j von dem ersten Schieberegister 216 ausgegeben und dem zweiten Schieberegister 218 zugeführt werden, wahrend gleichzeitig das Ausgangssignal des zweiten Schieberegisters 218 von den Daten MAP. , „(k-1) und das Ausgangs signal des dritten Schieberegisters 220 von den Daten -Ck-I) gebildet werden.

Um mit einer rekursiven Berechnung von MAP. , beginnen zu können, ist es erforderlich, einen Anfangswert MAP.,(0) zu definiereno Dieser Anfangswert kann auf verschiedene Weise erzeugt werden. Beispielsweise können als Anfangswerte für die Bezugakarte die Videoinformationen des Anfangsbildes verwendet werden, so daß also MAP. .(0) β V. ,(θ) und die Verfolgung erst mit den nächsten Bild der Videoinformationen beginnt, das als Bild k«1 bezeichnet ist. Dieses Verfahren kann in einfacher VJeise dadurch verwirklicht werden, daß die Berechnung der Pehlerwerte während des Anfangsbildes k=0 durch Anwendung einer Schalteinrichtung 224 gesperrt wird, die einem zweiten Addierer 222 folgt, Statt dessen kann eine ivusgangskarte MAP.,(0) erzeugt werden, indem der rekursiv arbeitende Kartengenerator 208 mit einigen ersten Bildern der Videοinformationen betrieben wird, bevor unter Verwendung des restlichen Teiles des Gerätes mit dem Berechnen von Verfolgungs-Fehlersignalen begonnen wird,, Einrichtungen für eine solche Art der Inizierung können darin

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bestehen, daß ein Schalter ?.?Λ in Verbindung mit einer Serie nicht dargestellter UND-Glieder vorgesehen wird, die ein Vorbereitunga-Signal besitzen, welches das Ausgangsaignal des Summierers 222 durch Schließen des Schalters 224 zu einem späteren Zeitpunkt freigibt, der jederzeit vorliegen kann, wenn k größer als 1 ist, also nachdem das erste Videobild empfangen worden ist» Diese Methode der Inizierung kann durch die Gleichung

MAP_i;j (k) - (1-W₁) MAP₁^. (k-1) + W₁V₁J

beschrieben werden, in der k einen Wert von 1 bis ^ haben kann. Ist k = 1/w,,, schließt der Schalter 224 und erlaubt dem restlichen Teil des Gerätes zu arbeiten. Im Rahmen der Erfindung können auch verschiedene andere Inizierungs-Verfahren angewendet werden.

Der Kartengenerator 208 enthält noch ein viertes Schieberegister 228, das mit dem Ausgang des ersten Schiebe- regiatera 216 verbunden ist. Das vierte Schieberegister 22Θ umfaßt zwei lid Stufen für Bildelemente der Bezugskarte definierende Wörter, so daß die in das vierte Schieberegister 228 eingegebenen Bildelement-Datenwörter um etwa 2 DT s verzögert werden. Infolgedessen ist das Ausgangaaignal des vierten Schieberegisters 228 MAP₁₊₁ ..(k-1),. wenn das Aus gangs signal des ersten Schiebe registers 216 den Wert für MAP₄ _Λ .(k-1) bildet und die Video-Eingangsdaten V. .(k) sind.

Endlich weist der Kartengenerator 208 ein fünftes Schieberegister 232 auf, das zwei Stufen besitzt und mit dem Ausgang des zweiten Schieberegisters 218 verbunden ist,

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um das Ausgangs signal des zweitun Schieberegisters 218 um eine Zeit zu verzögern, die im wesentlichen 2 A¹S a beträgt. Daher liefert das Ausgangssignal dieses Schieberegisters den digitalen Wert von MAP_i .₊.(k-i) zu der gleichen Zeit, zu der das zweite Schieberegister 218 ein Ausgangssignal mit dem V/ert MAP₁-^Ck-I) liefert.

Die Ausgangssignale des ersten, zweiten, vierten und fünften Schieberegisters werden dann einem Gewichtsfunktionsgenerator 226 zugeführt, der dann angenäherte Werte für die negativen Ableitungen an jedem Bildeleraent in zueinander senkrechten Hichtungen längs der Koordinaten £ und -rv liefert. Diese Ableitungen können näherungsweise gemäß den gleichungen

IiIAP. (k-1)-MAP. .(k-1) _We (_k) ₌ l±lu]I=IJ

-MAP (k-DÄP. . .(k-1)

Wd₄-Ck) - ^³^^ 2LiJ=3

¹J 2Äd

berechnet werden, in denen Ad und Δ θ die körperlichen mesaungen jedes Bildelementes in der verwendeten Bildebene in den Azimut- und Elevationsrichtungen sind.

Das Glied MAP. _Λ .(k-1) steht immer am Ausgang des ersten Schieberegisters 216 ziir Verfügung. Ebenso stehen stets die Werte von MAP. . ,.(k-1) am Ausgang des zweiten üchiebe registers 218, von MAP. - ,(k-1) am Ausgang des vierten Schieberegisters 228 und von MAP₁. ^(k-1) am Ausgang des

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fünften Schieberegisters 252 zur Verfügung. Der digitale Wert am Ausgang des ersten Schieberegisters 216 kann dann von dem digitalen Wert des Ausgangssignales des vierten Schieberegisters 228 in einem dritten Addierer 230 subtrahiert werden. Das Ausgangssignal dea dritten Summierers wird dem Dividenden-Eingang eines ersten Gewichtsfunktiona-Dividierera 231 zugeführt, deaaen Divisor-Eingang mit einem Leaespeicher 334- oder einer anderen Speichereinrichtung gekoppelt ist, in der die konstante 2Δβ enthalten ist, um dadurch am Ausgang des Dividierers 234- die Gewichtsfunktion We. .(k) zu erzeugen. In gleicher Weise kann die angenäherte Ableitung WD. ,(k) längs der f[ -Koordinate erzeugt werden, indem das Ausgangsaignal des zweiten Schieberegisters 218 von dem Ausgangesignal des fünften Schieberegisters 232 in einem vierten Addierer 234 subtrahiert wird, dessen Ausgangssignal dem Dividenden -Eingang eines zweiten Gewichtsfunktions-Dividierers 235 zugeführt wird. Der Divisor-Eingang des zweiten Dividierers 231 ist mit einem zweiten Leseapeiclaer 322 oder einer sonstigen Speichereinrichtung gekoppelt, in der die Konstante 2 Δα gespeichert ist, so daß das Ausgangssignal des Dividierers 235 die Gewichtsfunktion Wd₁-Ck) ist.

die Ableitungen für ein Bildelement erzeugt werden sollen, das sich am Rand der Bildebene befindet, ist ersichtlich, daß eines der angrenzenden Bildelemente nicht existiert, so daß die Erzeugung der Gewichtsfunktionen für diese Bildelemente in der beschriebenen Weise nicht erfolgen kann. Dieses Problem kann auf verschiedene V/eise

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gelöst werden_e Beispielsweise kann die zur erfindungsgemäßen Verfolgung benutzte Gruppe von Bildelementen um zwei Bildelemente im Azimut und in der Elevation vermindert werden, so daß ein "Rand" mit der Breite eines BiIdelementea besteht. Demgemäß erfolgt darm die Korrelations-Verfolgung über die Gruppe der Bildelemente P₂ . bis

(Ne-i),d ^{in der E}l^evation und P^₂ bis ^^ Azimut, Da an den Händern eher Gleichförmigkeit als Genauigkeit zu fordern ist, kann statt dessen auch jedes erforderliche Bildelement, für welches keine Daten zur Verfügung stehen, gleich Null gesetzt werden. Es gilt dann

^vO,j ^¥Ne+1,iJ " ^{υ lur alie} 3 ^^{01 v}i,0 ^vi,Nd+1 für alle i„

Erfindungsgemäß werden von einem Fehleraignalgenerator Korrelations-Fehlersignale nach den Beziehungen

Ne Nd

Ne Nd
Ed*(k) »Σ Σ Wd..00 [^ν _±100 - MAP, (k-1)}

XJ

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erzeugt, in denen Oe(k) und Gd(k) Maßstabsfaktoren sind, die von einem anschließend au beschreibenden Maßstabsgenerator 264 erzeugt werden. Demgemäß repräsentieren die gekoppelten Korrelations-Fehlersignale Ee(k) und •Bd(k) für das Bild k die gewichteten Differenzen zwischen den digitalen Videosignalen und der entsprechenden Bezugskarte für jedes l-ildelement und summiert über alle Bildelemente der Bildebene und dividiert durch einen geeigneten, angepaßten Maßstabsfaktor₀ Zur Urzeugung des Fehlerwertes V. .(k)-MAP. .(k-1) für jedes Bildelement, wird das Ausgangs signal des dritten !Schieberegisters 220, das den Wert MAP. .^(k"ⁱ⁾ ^Präsentiert, _{vQn dem laufenden}

■^ J
Videosignal V. Ak) in dem zweiten Addierer 222 subtrahiert. Das Ergebnis für das Bildelement F- . wird dann

¹J

in einem dritten Multiplizierer 238, sofern der oben beschriebene Behälter 224 geschlossen ist, mit der Gewichtungsfunktion Wd. .(k) multipliziert, die von dem zweiten Dividierer 235 zugeführt wird. Das resultierende Aus gangs signal Wd. .(k)[v. .(k)-MAP. . (k—Ί )j wird einem ersten üummiei*er 240 zugeführt»

Das Ausgangssignal den zweiten Addierers 222 wird über den Schalter 224 auf dem Eingang eines vierten Multiplizierers 242 zugeführt, dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang des ersten Dividierers 231 verbunden ist, an dem die Gewichtungsfunktion We. ,(k) zur Verfügung steht, so

-Lj

daß am Ausgang des vierten Multiplizierers 242 das Produkt We. .(k) [v (k)-MAP-.(k)] erscheint. Das Ausgangssignal des vierten Multiplizierers wird einem zweiten Summierer 244 zugeführt. Die Ausgangssignale, die von dem

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dritten und dem vierten Multiplizierer 238 bzw_o 242 für die einzelnen Bildelemente erzeugt werden, werden von den Summierern 240 und 244 über alle NeNd Bildelemente eines vollständigen Videobildes summitirt_o

Am Ende des Videobildes und vorzugsweise während der Bild-Rücksprungzeit t_f (siehe Fig* 1a) wird eine erste, mit dem Ausgang des ersten Summierers 240 gekoppelte Schalteinrichtung 246 geschlossen, um den von dem ersten Summierer 240 gebildeten Suiamenwert Ed* (k) auf ein Halteregister 248 zu übertragen» Zur gleichen Zeit überträgt eine mit dem Ausgang des zweiten Summierers 244 verbundene Schalteinrichtung 250 den im zweiten Summierer gebildeten Summenwert Ee*(k) auf ein zweites Halteregister 252. Demgemäß ist der Wert, der auf das Halteregister 248 während der Bild-Rücksprungzeit übertragen wird, der Wert Ed*(k) der während der Zeit der Erzeugung des Bildes k aufsummiert wurde, während der Wert, der auf das zweite Halteregiater 252 während der Bild-Iiücksprungzeit übertragen wird, der Wert Ee*(k) ist, der während der Zeit der Erzeugung des Bildes k durch Aufsummieren erzeugt worden ist«

Der Ausgang des Halteregisters 248 ist mit dem Dividenden-Eingang eines dritten Dividierers 284 verbunden, dessen Divisor-Eingang mit dem Gd(k)-Ausgang des Maßstabsgenerators 264 verbunden ist, um dadurch am Ende Jedes Videobildes k einen Azimut-Fehlerwert Ed(k) zu bilden. Ebenso ist der Ausgang des Halteregisters 252 mit dem Dividenden-Eingang eines vierten Dividierers 282 verbunden, dessen

Divisor-Eingang mit den Oe(k,)-Ausgang des Maßstabsgenera-n tora 264 verbunden ist, so daß am ^nde jedea Videobildes k \ dei· ülevationa-i'e hierwert Ee(k) erzeugt wird_o \

Die oben beschriebenen Summierer, Schalteinrichtungen und Kalfcöregister zui"¹ Erzeugung von Ke(k) und Ed(k) können in der in Figo 5 dargestellten Weise ausgebildet sein» Wie aus Fig. 3 ersichtlich, wei'den N-stellige Digitalwörter von dem zweiten oder vierten Multiplizierer 238 bzw. in Fig. 2a einem M-atelligen Addierer 410 zugeführt, in welchem der Wert jedea Wortes zu dem in einem Summenregiater 412 enthaltenen Wert addiert wird. Die resultierende Summe wird dann im üuimaenregister 412 gespeichert und wiederum zu dem nächsten endsteiligen Wort addiert, das vom Addierer 410 empfangen wird«, Diese Folge wird fortgöoötzt, bis alle Bildelemente eines Videobildes erfaßt sind« Während der liild-Kücksprungzeit wird ein l*reigabe-Signal erzeugt (siehe Fig. 4) und eine Anzahl UND-Glieder 414 zugeführt, welche die ^Schalteinrichtung bilden, die in Fig. 2a durch die Schalter 246 und 250 veranschaulicht ist» Je ein -Eingang der UND-Glieder ist mit einem Ausgang des üuminenregisters 412 verbunden· Demgemäß wird bei Auftreten des Freigabe-Signals der im üummenregister 412 enthaltene, durch Aufsummieren der Digitalwörter gebildete Wert am l^nde jedes Videobildes k durch die Schalteinrichtung 414 auf ein N-stelliges Halteregister 416 übertragen» Ds versteht sich, daß viele andere Einrichtungen zur Summenbildung und Signalübertragung denkbar sind und daß es bei manchen Ausführungsformen der Erfindung möglich 13t, das Halteregister 416 einzusparen, wenn folgende Berechnungen unmittelbar während der Bilü-Hückaprungseit abgeschlossen werden können.

80S81S/ÖQ?1

Das Korrelations-Verfolgungagerät umfaßt auch einen Maßstabegenerator 264 zur Erzeugung der laufend angepaßten Maßatabsfaktoren, die zur Erzeugung der Korrelationa-Fehleraignale benötigt werden. Diese angepaßten ükalenfaktoren Ge(k) und Cd(k) sind gleich den negativen zweiten Ableitungen der Kreuzkorrelationsfunktion zwischen der Bezugskarte und der üzene in den Kichtungen der b- und -η Koordinaten, wie sie in Fig. ia definiert 3ind. ^a kann gezeigt werden, daß diese angepaßten Maßstabsfaktoren nach den folgenden Beziehungen

Ne Nd

VJe
id

Ce(k) » γ Υ VJe ²(k)

Ne Nd

od(k) -Y₁ Y_/

erzeugt werden könneno Außerdem können die resultierenden Korrelatione-Fehleraignale I2e(k) und ^d(k) eine unerwünschte Kreuakopplung enthalten, die durch Anwendung eines KreuzlcopplungB-Maßatabsfaktors Ced(k) eliraiäiert werden kann. Auoh dieaer Kreuzkopplungs-Maßstabsfaktor kann von dem Maßatabagenerator 264 nach der folgenden Gleichung

Ne Nd

Ced(k) - Y₁ Y We_i;j(k)

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werden«, Dabei int Ced(k) der negative Wert dei· partiellen Zweiten der Lreuakorrelatiousfunktion zwischen der Beaugskurtö und der beobachteten Szene in dichtung der £- und r\ -Koordinaten. Kb versteht sich, daß andere Methoden und Einrichtungen zur Definition der Vierte Ge(k) und Cd(k) angewendet werden können, ohne den Kahmen der Erfindung au verlassen, und daß die Kreuzkopplung nicht notwendig bei allen Ausfuhrurigaformen der Erfindung eliminiert werden muß, so daß Ced(k) nicht erzeugt zu werden braucht»

Wie aua Fig«. 2a ersichtlich, kann der Maßstabsfaktor Ce(Ic) erzeugt werden, indem zunächst We. . quadriert wird, indem der Ausgang des ersten Dividierers 231 mit den beiden Eingängen eines fünften Multiplizierers 254- verbunden wird. Der Ausgang des fünften Multiplizierers 254- wird dann mit einem dritten Summierer 256 verbunden, dessen Ausgang zu einer Schalteinrichtung 258 und einem Halteregister 260 führt, wie es zuvor bezüglich der Erzeugung des Korrelations-Fehlersignales JSe(k) und Ed(k) beschrieben worden iat. Die Übertragung der Signale vom Summierer 256 zum Halteregister 260 erfolgt vorzugsweise während Jeder Bild-Rücksprungzeit. Der auf das Halteregister 260 übertragene und dort gespeicherte V/ert ist Ce(Ic).

In gleicher Weise wird. IMd. . quadriert, indem der Ausgang des zweiten Dividierers 235 mit den beiden Eingängen eines sechsten Multiplizierers 262 verbunden wird, dessen Ausgang mit einem sechsten Summierer 266 verbunden ist, der seinerseits mit einer Schalteinrichtung 268 und einem Halteregister 270 gekoppelt ist, wie es zuvor beschrieben worden

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BAD ORIGINAL

ist, um am ünde jedes Bildes k den. angepaßten Maßstabsfaktor Cd(k) zu bilden* Endlich wird die Gewichtsfunktion Wd. .(k) mit der üewichtsfunktion We..(k) in einem sechsten Multiplizierer 272 multipliziert, dessen Eingänge mit dem zweiten Dividierer 235 bzw„ dem ersten Dividierer 231 verbunden sind«, Das Ausgangs signal des sechsten Multiplizierers 272 wird über alle Bildeleiaente mittels einea vierten Summierers 274 summierte Das Ausgangssignal des vierten Summierers 274- wird einer vierten Schalteinrichtung 276 und einem vierten Halteregister 278 in der gleichen Weise zugeführt, wie sie zuvor beschrieben worden ist, um während der Bild-Bücksprungzeit als Ausgangssignal den Kreuzkopplungs-Maßstabsfaktor Ced(k) zu liefern.

Nachdem die über ©in Yideobild aufauramierten Werte auf die verschiedenen Halteregiater übertragen oder auf andere Weiss benutzt worden aind, wie es für nachfolgende Berechnungen erforderlich ist, kann von einem externen, nicht dargestellten taktgeber ein Rückstellimpula erzeugt werden, durch welchen die Summierer 240, 244, 256, 266 und 276 während der Bild-Hückaprungzeit auf Null zurückgestellt \mu dadurch zum Aufsummieren der Daten d©s nächsten VidsoMldos vorbereitet werden*

Als nächstes werde** is einam Generator normierter l^?ehlersignale 280 von Er-euslsopplungen freie, normierte Fehlersignale nach den ölei

I Λ

<Γβ *= ■

' ~ GeGd
mit

Ee'(k) = Ee(k) - H
und

id'

¹ " GeGd
mit

Kd'(k) = Ld(k) - ^

erzeugte

Die von Kreuskopplungen freien oder normierten Fehleraignale £e^c (i:) und ^d (k) könnsn unmittelbar nach. Empfang der angepaß-Sen MaßataDsfaktoren für oedea Bild eraeugt werden« I)aa®;i werden, die Werte ^e (k) und ^d (k) Torzugaweise 7iäh3?'äE.a dsr Bild-Kückspi^ungseit t» erzsugt* Wie aus i'ig. 2b eraiclitlich, werden, bei dem dargestellten Ausführungsfceispiei au diesem Zweck die Ausgangssignale Ced(k) und Ge(k) das fünften. Haltersgist@rs 278 bzv/_o des dritten Halteragiatsrs 260 eijjeia fünften üividierer J02 zugeführt ₃

i 18 / O S Ί1

um den Quotienten Ged(k)/Ce(k) zu bilden, der am Auagang des fünften Dividierers 302 erscheint» In gleicher V/eise werden die Ausgangssignale des fünften llalteregisters 278, das den Wert Ced(k) für das Bild k repräsentiert, und das Äusgang83ignal des vierten Ilalteregisters 270, das den Wert Cd(k) für das Bild k repräsentiert, einem sechsten Dividierer 300 zugeführt, urn den Quotienten Ced(k)/Od(k) zu bilden»

Die Ausgangssignale des fünften Dividierers 302 und dea dritten Dividierers 284 werden dann den Eingängen einea achten Multiplxzierers 290 zugeführt, um das Produkt (Ced/Cd)Ed zu bilden,, Da3 Ausgangs signal den achten Multiplizieren 290 wird dem negativen Eingang einea fünften Addierers 292 zugeführt, dessen anderen , positiver Eingang mit den Ausgang des vierten Dividierera (Ee) verbunden ist, um das kreuzkopplungisfreie Azimut-Fehlersignal Ed (k) am Ausgang des fünften Summierers 292 zu bilden.

In gleicher Weise sind die Ausgänge des sechsten Dividierers 300 (Ced/Od) und des vierten Dividierers 282 (Ee) mit einem neunten Multiplizierer 286 verbunden, dessen Ausgangssignal dem Minus-Eingang eines sechsten Addierers 288 zugeführt wird. Der positive Eingang de« sechsten Summierers 288 ist mit dem Ausgang des dritten Dividierers 284- (Ed) verbunden, damit das Ausgangssignal des neunten Multiplizierers 286 von dem Elevations-Korrelations-Fehlersignal Ee subtrahiert wird und das Eievations-JTehleraignal Ee (k) erzeugt wird. Das restliche Glied 1 - Oed /CeGd, das zur vollständigen Erzeugung des

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ι ι

normierten Fehlersignals ie und id benötigt wird, kann in der in Fig. 2b dargestellten Weise erzeugt werden, indem die Auagangasignale des fünften und des sechsten Dividierers 502 bzw„ 300 einem zehnten Multiplizierer 294-zugeführt werden, um den Wert Ged (k)/Ce(k)Cd(k) zu bilden. Das Ausgangs signal des zehnten Multiplizierers 294- wird dann dem positiven Eingang eines siebten Addierers 296 zugeführt, dessen negativer Eingang mit einem Lesespeicher oder einer anderen Speichereinrichtung 298 verbunden ist, welche die Konstante 1 enthält, damit am Ausgang des siebten Addierers 296 das Ergebnis Λ - Cad "/GeGd erscheint. Der Ausgang des siebten Suinraierers 296 ist dann mit den Divisor-Eingängen eines siebten und eines achten Dividierers 308 bzw. 310 verbunden, deren Dividenden-Eingänge mit den Ausgängen des fünften bzw. sechsten Summierers verbunden sind, damit sie an ihren Ausgängen die Signale &e und <Sd ex'zeugen.

Obwohl die normierten Fehlersignale ie (k) und id (k) die gewünschten Verfolgungs-Fehlersignale für den Idealfall darstellen, bei dem die Bezugskarte nicht eine Funktion vorausgegangener Verfolgungsfehler ist, kann in der Ilealität die Bezugskarte von dem Idealfall deutlich verschieden sein, weil die Bezugakarte tatsächlich eine Funktion vorhergehender Verfolgungsfehler ist..Demgemäß sind die normierten Fehlersignale 6e (k) und £d (k) mit den Wirkungen vorhergehender Verfolgungsfehler behaftet. Diese unerwünschte Verfälschung wird hier als "Drift" bezeichnet. Es ist Jedoch möglich, bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine üriftkompensation vorzusehen, um driftfreie

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Fehlersignale id im Azimut und <ie in der Elevation für jedes Bild k nach den Gleichungen

zu bilden, in denen die Drift-Koinpensationsglieder rokursiv zu

berechnet werden.,

Die Drift-Kompensationsglieder ^-wCk) und ^d,,_R(k) werden in einem Drift-Kompensator 331 berechnet, der von den Drift-Kompensationsgliedern ^e_7nZk-I) und <f ä_iyi) (k-1) sowie

JJXt ι Uli ι

von den normierten l'ehlersignalen Xe (k-1) und id (k-1) des vorhergehenden Bildes k-1 Gebrauch macht. Demgemäß werden im Bild k die Drift-Kompensationsglieder Se„_K (k) undid·™» (k) berechnet und zur Verwendung im nächsten Bild k+1 bereitgehalten, indem das Ausgangs signal ie (^n de*s siebten Dividierers 308 einem ersten Drift-iiultiplizierer 312 zugeführt wird, in welchem <fe (k) mit der oben definierten Konstante w,- multipliziert wird. Der Wert der Konstante W^ kann von einem externen Lesespeicher 313 oder einer sonstigen äußeren Speichereinrichtung zugeführt werden.

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Der Ausgang des ersten Drift-Multiplizierers 512 ist mit einem Eingang eines achten Addierers 314- verbunden, desaen Ausgang mit einer sechsten «Schalteinrichtung 316 verbunden ist, bei der es sich ura eine Anzahl UND-Glieder handeln kann, die einmal während jeder Rücksprungzeit vorbereitet werden, wie es zuvor anhand der Fig„ und 4 beschrieben worden ist» Das Ergebnis wird dann in einem sechsten Halteregister 318 wenigstens für die Dauer T eines Bildes gehalten. Das Ausgangssignal des sechsten Halteregisters 318 für das Bild k ist <Se_DR(k) und wird nach Art einer positiven -Rückkopplung dem zweiten Eingang des achten Addierers 314 zugeführt, so daß der Wert am Ausgang des achten üuminierers 314 während des Bildes k das Drift-Kompensafcionsglied in der -Elevation für das Bild k+1 ist, nämlich ie^Ck+i). Da« Aus gangs signal des sechsten Halteregisters 318 wird auch einem Eingang eines neunten Addierers 320 zugeführt, dessen anderer Eingang mit dem Ausgang des dritten Dividierers verbunden ist, ao daß am Ausgang des Addierers 320 die Summe id (k) + erscheint, die gleich dem gewünschten, drift-

kompenaierten Fehlersignal & ^d _corr(k) ist.

In gleicher Weise wird im Azimutkanal das Ausgangssignal des neunten Dividierers 310 einem zweiten Drift-Multiplizierer 324 zugeführt, dessen anderem Eingang vom Lesespeicher 313 die Konstante w* zugeführt wird, so daß das Glied w,. d (k) erzeugt wird· Der Ausgang des vierten Konstanten-Multiplizierers 324 ist mit dem Eingang eines sehnten Summierers 326 verbunden, dessen Ausgang wiederum

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mit einer siebten Schalteinrichtung 328 verbunden iat, die von einer Anzahl IMD-Gliedern gebildet werden kann, die während jeder Bild-Kücksprungzeit periodisch befähigt werden, daa Aus gangs signal des zehnten Addierers 326 einem siebten Halteregiater 330 zuzuführen- Was am Ausgang dea siebten Halteregistera 330 anstehende Signal ist demnach ί d-rjyCk), das dem zweiten Eingang des zehnten Addierers 326 zugeführt wird, so daß während der BiId-Hücksprungzeit am -ünde des Bildes k der Wert «Jd^Ck+t) am Ausgang des zehnten Summierers 326 anliegt» Daa Ausgangssignal <fe (k) des achten Dividierers 310 wird auch dem Eingang eines elften Summierers 332 zugeführt. Der zweite Eingang des elften Summierers 332 ist mit dem Ausgang des siebten Halteregiaters 330 verbunden, um daa Glied <Te «<fe (k) +^e^Ck) am Ausgang des elften

COiTP XJJtX

Addierers 332 zu erzeugen. Die resultierenden Verfolgungs-Pehlersignale sind nützlich bei vielen Anwendungen, einschließlich der ^liminierung von Vibrationen oder Zittern in der Darstellung sowie zum Erzielen von Ausrichtungs-Genauigkeiten, welche dan Hinhalten genauer Positionen von Merkmalen im beobachteten Blickfeld gewährleisten.

Die verschiedenen Multiplizierer, Dividierer, lie Schalteinrichtungen und Addierer, die oben erwähnt worden sind, können aus bekannten und allgemein erhältlichen Bausteinen bestehen.

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to

Obwohl für die vorstehende Beschreibung ein digitales Auaführung3beispiel gewühlt worden ist, versteht es sich, daß die Prinzipien der Erfindung auch auf andere Weise verwirklicht werden können, beispielsweise mittels analoger oder hybrider Einrichtungen<, Die Erfindung soll demnach alle Einrichtungen zur digitalen oder analogen Datenverarbeitung umfassen, die nach dem erfindungsgemäßen Prinzip zu arbeiten in der Lage sind« Es sei auch erwähnt, daß andere Methoden zur Erzeugung einer Bezugskarte benutzt werden können, einschließlich der externen Erzeugung ohne direkte Verwendung des Videosignals V. .(k), und daß orthogonale Ableitungen in bezug auf die einzelnen Bildelemente auf verschiedenste andere Weisen erzeugt werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Weiterhin sei erwähnt, daß in manchen Fällen keine Drift-Kompensationen oder Kreuzkopplungs-Korrekturen erforderlich sind, so daß die beim Ausführungsbeispiel hierzu vorgesehenen Einrichtungen entfallen können.

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Leerseite

Claims

Pate ntana prüche

Korrelations-Verf olgungiigerät zur Urzeugung von Verfolgungs-Fehlersignalen mit einem Empfänger zum iimpfang der von einer beobachteten üzene ausgehenden elektromagnetischen Energie und Erzeugen dei> empfangenen ■Energie entsprechender Videosignale V. ,(k), die zur Erzeugung einer Vielzahl zugeordneter Bildelemente P. .(k) einea üichtgerätes geeignet sind und eine Folge von Bildern der beobachteten Üzene ergeben, dadurch gekennzeichnet,^adaß die Videosignale V. ,(k) einem Kartengenerator (208) ziigeführt werden, der rekursiv eine Bezugskarte MAP. ,(k) gemäß der Gleichung

J-J

MAP_i;.(k) « (i-_Wi)MAP_i(.(k-1) + W₁V₁-Ck)

berechnet, in der i und j die stellung des dem Videosignal zugeordneten Bildelementes in zwei verschiedenen Richtungen in jedem Bild k angeben und w,, ein Gewicht mit einem Wert zwischen 0 und 1 bedeutet, und der einen Speicher (5^0) zur Aufnahme wenigstens eines vollständigen Bildee zuzüglich einer Zeile der MAP. .-

J-J Bildelementdaten umfaßt,

b) daß mit dem Speicher (3^0) des Kartengenerators (20b) ein GewichtsfunktioniJgenerator (226) zur Urzeugung zweier Gewichtsfunktionen We. ,(k) und Wd- .(k) gekoppelt

ij J-J ist, welche ein Maß für die negative Ableitung der

Bezugskarte in der ersten bzw. zweiten dichtung sind,

c) daß mit dem Gewichtsfunktionsgenerator (226) ein Maßstabsgenerator (264) zur -Erzeugung zweier Maßstabsfaktoren Ce(k) und Gd(k) gekoppelt ist, welche ein Maß für die negative zweite Ableitung der Bezugskarte in der ersten bzw. zweiten Richtung sind, und

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ORIGINAL INSPECTED

d) daß mit dem GewichtsfunktiouHgenerator (226) und dem Kartengenerabor (208) ein Fehlersignalgenerator (256) gekoppelt ist, der ein erstes Korrelations-Sehleraignal nach den Beziehungen

He Nd

Ke* (k) = 2_ I^ ^Vieij^(k)
i-1 3=1

_ Ke*(k)

und ein zweites Korrelationa-i'ehleraignal nach den Beziehungen

Ne Nd

üd*(k) = 52 J^ Wd. .(k) [v.M - M&J?. .(k-1)]

^_y Xj - xj xj

erzeugt, wobei Ne und lid die Gesamtzahl der BiIdeleniente in den beiden Richtungen, bedeuten.

Korrelations-Verfolgungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Maßstabsgenerator (226) zusätzlich zur Erzeugung eines Kreuzkopplungs-Maßstabsfaktora Ged(k) eingerichtet isb, der ein Maß für die negative zweite partielle Ableitung der Kreuzkorrelationsfunktion zwischen der Bezugskarte und der beobachteten üzene isb.

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5. Korrelation3-Verfolgungagerüt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Maßstabafaktoren nach den Beziehungen

We Nd Ge(k) - £ T, ^Weij²

Ne Nd

Σ Γ, ^Vldij²

Ne Nd Ced(k) -J2 Τ]

erzeugt werden,,

Korrelationa-Verfolgungsgerüt nach einem dur vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtungafunktionen nach den Beziehungen

MAP,,„ ,(k-1) - MAP, „ .,(k-1) We,,(k) - —

-MP. . „(k-1) + IJAP. . „(k-1)

Wd. ,(k) - ^ ί±Δ=Ω

^ia 2Ad

erzeugt werden, in denen ώβ und Ad die Dimensionen der Bildelemente in den beiden Iiichtungen des erzeugten Bildes bedeuten_o

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5« Korrelations-Verfolgungsgei^ät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Maßstab8generator (264) und dem Fehlersignalgenerator (256) ein Generator (280) normierter Fehler signale gekoppelt ist, der für das Bild k ein erste«

und ein zweites nox*raiertes Fehlersignal <fe (k) bzw» ^d (k) nach den Beziehungen

¹ ~ GeGd
und

id'Ck) - -

'" GeGd

erzeugt, in denen

iCe^f(k) = 33e(k) bzw.

Ed'(k) - Bd(k) - §

6. Korrelations-VerfolgungHgerät nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Generator (280) normierter Fehlersignale ein Drift-Kompensator (531) gekoppelt ist, der ein erstes und ein zweites, im \ve3entlichen driftfreies Fehlersignal ^e „„(k) bzw. Sa _(k) nach den Beziehungen

'^iecorr^(k)

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erzeugt, in denen

bzw.

() = Äd_DR(k-1) + w^ 6 d

7e Korrelationa-Verfolgungngerät nach einem der vorhergehenden Anapiniche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht w,. gleich dein Kehrwert der Anzahl der Videosignale V.,(k) ist, die zur Bildung einer Bezugakarte MAP. .(k) effektiv gemittelt werden.

8_eKorrelationa-Verfolgungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die er ate Bezugskarte aus den ^lementen MAP. .(1/w,,) besteht und rekursiv nach der Gleichung

erzeugt wird, in der k einen \jert zwischen 1 und 1/w. bedeutet.

9« Korrelationa-Verfolgungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (34-0) des Kartengenerators (208) ein üchreib-Lese-Speicher zur Aufnahme der Werte für die zuletzt erzeugten (Ne+i)Nd Bildelemente der den Bildern k-1 und k zugeordneten Bezugskarte ist.

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