DE3017810A1

DE3017810A1 - Anordnung zur aufnahme und uebertragung von bilddaten

Info

Publication number: DE3017810A1
Application number: DE3017810A
Authority: DE
Inventors: Willi Dipl.-Phys. 2803 Weyhe Hornfeld
Original assignee: Vereinigte Flugtechnische Werke 2800 Bremen GmbH; Vereinigte Flugtechnische Werke Fokker GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1980-05-09
Filing date: 1980-05-09
Publication date: 1981-11-12

Description

8023-10 Bremen, den 6. BUi I98O

Sm/ka

Vereinigte Flugtechnische Werke Gesellschaft mit beschränkter Haftung

Anordnung zur Aufnahme und Übertragung von Bilddaten

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Aufnahme und Übertragung von Bilddaten eine· überflogeaen Operationsgebietes mit einea in einem Luftfahrzeug vorgesehenen BildasKgQi·,, dessen Ausgangsdaten über eiae Datenredektionsstufe tand eisiea Datensender zu einem Leitstand übertragen werden.

Bei dar drahtlosen Übertragung voa BildiK>£©rsi8.ti@aeäa τ©η einem beliebigen Aufnahmeort zu eines Eapfaagaort bestimmt das Maß der Infonsationsrate im weoeutliehen dea Aefwand flr eise stSreichere ■ Übertragasg. Während bei koanerziellen Äalagen, wo eia Sender eine Yielsahl vom Esapfängern versorgt, der Aufwand aicht so- ira'e Gewicht fällt,, hat dies bei Sonderanlageaj, z.B. Xiasksstrie—Farasehaniagen oder bei Aalagea in ferasteuerfearsa Laftfährzsuß&n aias wesentlich größere Bedeutung.

Fernsteuerbare Luftfahrzeuge, und zwar sogenannte HPVe (remotely piloted vehicle), sind für militärische Missionen vorgesehen, insbesondere zum Einsatz in Gebieten mit starker feindlicher Bedrohung. Das RPV soll dabei relativ hoch (ca. I5OO bis 3000 m) fliegen, um der Bedrohung zu entgehen usd Bit geeigneten Bildsensoren das überflogene Operationsgebiet aufnehmen. Pie so erfaßten Bildinformationen werden dana seit einem Sender zu einem Leitstand zur Auswertung und, gegebenenfalls« Einleitung von Angriffseaßnahnen übertragen. Beim Einsatz van RPVs bestehen bei der Aufnahme und der übertragung der Bilddaten die größtem Probleme, weil für die Auswertung der im Leitstand wiedergegeben©^ Bilder eine entsprechend große Rats der zu übertragenden Bilddaten erforderlieh ist. Im Gegensatz hierzu stellt aber die Forderung nach störsicherer übertragung, die nur bai entsprechend geringer Rate der Bilddaten möglich<ist. Bisher konntsa diese sich entgegenstehenden Forderungen nur durch einen Kompromiß einigermaßen erfüllt werden, aber aus der heutigen Sicht gelten diese Lösungen als unzureichend.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine leistungsfähige Anordnung der eingangs genannten Art zur Aufnahme und störsicheren übertragung missionsspezifischer Bilddaten vorzusehen. Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Ausgangsdaten des Bildsensors über einen Analog—Digitalwandler auf eine Bildspeichereinheit geleitet sind und davon durch eine ortsabhängige Zwischenabtastung geringer Bildrate entnommen und über einen Differenzpulskodemodulator auf den Datensender geleitet sind, wobei der Bildsensor die Bildspeichereinheit und der Differenzpulskodemodulator über einen Datenbus mit einem diese Stufen steuernden Mikroprozessor in gegenseitiger Funktionsverbindung stehen.

Die erfindungsgemäße Maßnahme sichert bei erheblicher Datenreduktion eine hinreichende Bildqualität, wobei die Übertragung der Bilddaten in digitaler Form eine ausgezeichnete Störsicherheit gewährleistet. Dabei ist ·· zweckmäßig, die Bildrate der Zwischen-

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abtastung auf einen derart geringen Wert einzustellen, daß sich zwei aufeinanderfolgende Bilder um 55 % überlappen. Hierdurch können zwar Bewegungen von Zielen im wiedergegebenen Bild des Leitstandes nicht mehr festgestellt werden, aber zur Erfassung von Zielen ist diese Maßnahme völlig ausreichend. In diesem Zusammenhang kann der Differenzpulskodeaodulator derart eingestellt sein, daß er von den zugeführten Bilddaten 40 % des oberen Bildbereichs und jeweils 10 % der Bildränder ait I Bit pro Bildpunkt und den Bildrest wechselweise alt 1 und 2 Bit pro Bildpunkt auflöst. Hierdurch ergibt sich ein erheblicher Reduktionsfaktor für die Bilddaten bei hinreichender Bildqualität des wiedergegebenen Bildes.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die beiliegende Zeichnung zeigt ein Blockschaltbild einer in ein RPV einzubauenden Anordnung. Diese Anordnung besteht aus einem Sensor 1, z.B. einer Fernsehbildkamera, die bekannterweise Bildsignale mit Signalfrequenzen bis zu 5 MHz erzeugt. Die Ausgangssignale dieses Bildsensors 1 sind über einen Analogdigital— wandler 2 als digitale Bildsignale einer Bildspeichereinheit zugeführt. Von dieser Bildspeichereinheit 3 werden bestimmte Bilddaten durch eine ortsabhängige Zwischenabtastung geringer Bildrate entnommen und über einen Differenzpulskodeaodulator auf einen nicht näher dargestellten Datenaender zur übertragung zu einem Leitstand gegeben. Der Bildsensor 1, die Bildspeichereinheit 3 und der Differenzpulskodeaodulator 4 stehen dabei über einen Datenbus 6 mit einem diese Stufen steuernden Mikroprozessor 5 in gegenseitiger Funktionsverbindung. AuSerdea bestehen über den Datenbus 6 weitere gegenseitige Funktionaverbindungen zwischen dea Mikroprozessor 5 und einer den Bildsensor tragenden Plattform 7 sowie eine Nachführeinrichtung 8« Der Mikroprozessor erhält bestimmte Befehle über einen Telekoaaander 9 vom Leitstand 10 und gibt seinerseits bestimmte Daten an eine

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Telemetrieeinheit 10. Diese Daten sind z.B. Zielkoordinaten und Parameter des Bildsensors, die mit in Meßgebern 11 erfaßten Flugdaten zum Leitstand zurückgemeldet werden.

Beim Einsatz eines RPVs, das mit einer erfindungsgemäßen Anordnung ausgerüstet ist, wird der Bildsensor 1 im Regelfall schräg nach vorn ausgerichtet sein. Die erfaßten Bilddaten werden dann über die zuvor erwähnten Stufen zua Leitstand gesendet. In der Bildspeichereinheit 3 ist dabei die Bildrate auf einen derart geringen Wert eingestellt, daß sich die aufeinanderfolgenden Bilder um 55 % überlappen. Das hat zwar zur Folge, daß eine Bewegungsauflösung bei den erfaßten Zielen nicht mehr zu erkennen ist, aber zur Erfassung und Feststellung von Zielen ist diese Übertragungsart völlig hinreichend.-Bei der anschließenden Kodierung der Bilddaten im Differenzpulskodeaodulator 4 kann eine Bandbreitenkonpression der Bilddaten in der Weise vorgenommen werden, daß der obere 40 % Bildbereich und jeweils 10 % der Bildränder mit 1 Bit pro Bildpunkt und der Bildrest wechselweise mit 1 und 2 Bit pro Bildpunkt aufgelöst werden. Die Maßnahmen der Zwischenabtastung geringer Bildrate in der Bildspeichereinheit 3 und der Kodierung im Differenzpulskodemodulator 4 haben zur Folge, daß die Datenrate der zu übertragenden Bildraten auf kleiner 144 K bit abgesenkt wird. Das ergibt einen Reduktionsfaktor von 555 gegenüber der sonst zu übertragenden Datenrate von 80 M bit. Trotz der erheblichen Bilddatenreduktion ist eine hinreichende Bildqualität gewährleistet und darüberhinaus sichert die digitale Bilddatenübertragung eine gute Resistenz gegen Störungen.

Wird ein Ziel von einem mit der erfindungsgemäßen Anordnung ausgeführten BPV erfaßt, dann kann »it der Nachführeinrichtung eine Bildnachführung eingeleitet werden und eine Fetaerleitmission für auszulösende Angriffsmaßnahaen Sbarnoaaen wendenο Hierzu wird während eines Zielanflugs die optische Achse des Bildsensors

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1 automatisch dem Ziel nachgeführt, so daß im Extremfall (Zielüberflug) der Bildsensor lotgerecht ausgerichtet ist. Ein Nachführvorgang wird vom Leitstand in der Weise ausgelöst, daß bei einer Zielentdeckung ein Befehl "Standbild" über den Telekommander 9 dem Mikroprozessor 5 übertragen wird und ein Bodenoperateur im Leitstand anhand des Standbildes der Nachführeinheit 8 das Ziel zuweist. Das hat zur Folge, daß das Nachführfenster, dessen Größe eine Funktion der Fluggeschwindigkeit, der Flughöhe, des Kameraneigungswinkels und der maximalen Zielgesohwindigkeit ist, durch den Mikroprozessor 5 dem Ziel nachgeführt wird. Ein Rechner in der Nachführeinrichtung 8 korrigiert die aufgrund der niedrigen Bildrate und der Flugparameter entstandenen Verschiebung des Nachfuhrfensters, so daß in den nachfolgend aufgenommenen Bildern nach der Einschaltung des Nachführvorganges vom Leitstand die Nachführung automatisch anläuft. Außerdem kann aufgrund der 55 %—igen. Bildüberlappung bei einem Fehler in der Nachführung über die Standbild-Betriebsart eine erneute Zielzuweisung ausgelöst werden. Zum Leitstand werden bei dieser Betriebsart nur noch stark reduzierte Bilder übertragen, die aber trotzdem noch die Möglichkeit einer Zielidentifizierung bieten. In der Bildspeichereinheit 3 wird dabei nur noch eine von der Zielposition im dargestellten Bild abhängige Zwischenabtastung vorgenommen.

Nach Erfassung und Identifizierung eines Zieles kann, mit einem Laserentfernungsmesser die Position des Zieles ermittelt und über den Mikroprozessor 5 und die Telemetrieeinheit 10 zum Leitstand gemeldet werden. Die erfindungsgemäße Anordnung ist unter der Voraussetzung, daß ein damit ausgerüstetes RPV eine maxiaale Fluggeschwindigkeit von 60 m/sek. nicht überschreitet und daß für den Bildsensor ein Gerät eingesetzt ist, dessen Bildsignale Frequenzen bis zu MHz erreichen, in hervorragender Weise geeignet, Bilddaten eines überflogenen Operationsgebietes zu erfassen und bei ausreichender Bildqualität störsicher zu einem Leitstand zu übertragen.

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8023-10 Bremen, den 17. April I98O

Sa/ka

Zusaaaenstellung der Bezugazahlen

1 Bildsensor

2 Analog-Digitalwandler

3 Bildspeichereinheit

4 Differenz-Pulakodeaodulator

5 Mikroprozessor

6 Datenbus

7 Plattfora

8 NachfUhreinheit

9 Telekoaaander

Teleaetrie-Einheit

Meßgeber

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Leerseite

Claims

8023-10 Bremen, den 6, Jfai 19&Ό^:

S*/ka

Vereinigte Flugtechnische Werke Gesellschaft ait beschränkter Haftung

Patentansprüche

Anordnung zur Aufnahme und übertragung ron Bilddaten eines überflogenen Operationsgebietes mit einem in einem Luftfahrzeug vorgesehenen Bildsensor, dessen Auegangsdaten über eine Datenreduktionsstufe und einen Datensender zu einen Leitstand übertragen werden, dadurch gekennzeichnet , daß die Auegangedaten des Bildsensors (l) über einen Analog-Digitalwandler (2) auf eine Bildspeichereinheit (3) geleitet sind und daron durch eine ortsabhängige Zwischenabtastung geringer Bildrate entnommen und über einen Differenzpulskodemodulator (4) auf den Datensender geleitet sind und daß der Bildsensor (l), die Bildspeichereinheit (3) und der Differenzpul skodemodulator (4) über einen Datenbus mit einem

diese Stufen steuernden Mikroprozessor (5) in gegenseitiger -*'

Funktionsrerbindung stehen. -
2.) Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildrate der Zwischenabtastung auf einen derart geringen Wert eingestellt ist, dafi sich zwei aufeinanderfolgende Bilder um 55 % überlappen.

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3.) Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzpulskodemodulator (4) zur Erzeugung einer geringen Oatenrate von den zugeführten Bilddaten 40 % des oberen Bildbereich· und jeweils 10 % der Bildränder mit 1 Bit pro Bildpunkt und den Bildrest wechselweise mit 1 und 2 Bit pro Bildpunkt auflöst.
4·) Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet , daß der Bildsensor 1 auf einer Plattform (7) angeordnet ist, die über den Datenbus (6) mit dem Mikroprozessor (5) in gegenseitiger Funktionsverbindung steht.
· ) Anordnung nach einem der Ansprüche "L bis 4» dadurch gekennzeichnet , daß eine mit dem Leitstand in Verbindung stehende Teleraetrie-Einheit (lO) die Parameter des Bildsensors (l) sowie die Zielkoordinaten des jeweils aufgenommenen Bildes vom Mikroprozessor (5) erhält und gemeinsam mit den im Luftfahrzeug erfaßten Daten der Fluggeschwindigkeit und der Flughöhe zum Leitstand überträgt.
6.) Anordnung nach einem der Ansprüche Ibis 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozessor (5) mit einem Telekommander (9) in Verbindung steht und darüber vom Leitstand Befehle für eine mit dem Datenbus (6) in Verbindung stehende Nachführeinrichtung (8) des Bildsensors (l) und weiterer Schaltstufen empfängt.
7·) Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß ein Nachführvorgang über eine Zielzuweisung in einem Standbild tob Leitstand aus einleitbar ist.

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8.) Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bia 7» dadurch gekennzeichnet., daß die Größe de· Naohführfenaters in Abhängigkeit der Flug- und Senaorparameter automatisch einstellbar ist.
9«) Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8_f dadurch gekennzeichnet , daß der Mikroprozessor (5) die durch eine Zielzuweisung in Standbild entatandene Verschiebung zwischen Zielschwerpunkt und optischer Sensoraohse beim Anlaufen eines Nachftthrvorganges automatisch korrigiert.
10.) Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Nachführeinheit (8) bei- einen Nachführfehler ein bestimmtes Ziel durch Auslösen des Befehls "Standbild" im Leitstand erneut zuweisbar ist.

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