DE3048273C2

DE3048273C2 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Aufbereitung multispektraler digitalisierter Bilddaten zu Übertragungszwecken

Info

Publication number: DE3048273C2
Application number: DE19803048273
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl.-Phys. Dr. 8035 Gauting Dietrich
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1980-12-20
Filing date: 1980-12-20
Publication date: 1985-04-25
Also published as: JPS57127297A; DE3048273A1; GB2091523B; FR2499800A1; GB2091523A

Description

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der Meßdaten zu einem gespeicherten Satz von Vergleichsspektren. Die zu übertragende Datenrate ist wesentlich geringer als bei der Übertragung der Originaldaten. Außerdem ergibt sich der Vorteil, daß durch Verändern des Speicherinhaltes vom Boden aus oder auch aufgrund eines an Bord des Satelliten befindlichen Programms das System sehr schnell an wechselnde Aufgabenstellungen angepaßt werden kann. So können z. B. für eine spezielle Anwendung nur die Spektren bestimmter Objekte, etwa Pflanzen oder Gesteinsarten gespeichert werden. Ist diese Aufgabe erfüllt, so kann eine neue Aufgabe, beispielsweise die Selektion von wärmeemittierenden Einrichtungen an der Erdoberfläche, in Angriff genommen werden. Als ein ganz besonderer Vorteil stellt sich auch ein, daß der Zugriff für Dritte nahezu ausgeschlossen ist, da die übertragenen Spektrennummern ohne Kenntnis der zugeordneten Vergleichsspektren wertlos sind.

Die Erfindung ist anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Beispiel für die Definition von vier verschiedenen Vergleichsspektren für eine Meßdatenauflösung von 3 Bit

F i g. 2 eine Grundschaltung zum Vergleich von multispekiralen Meßdaten mit N Vergleichsspektren,

Fig.3 ein Beispiel für die Grundschaltung nach Fig.2 mit den in Fig. 1 angegebenen Vergleichsspektren.

Fig.4 ein weiteres Beispiel mit 16·Vergleichsspektren sowie

F i g. 5 ein weiteres Beispiel mit 1024 Vergleichsspektren.

Die erfindungsgemäße Lösung geht von dem Prinzip aus, daß die normierten multispektralen Meßdaten mit den Daten eines vorgegebenen durchnumerierten Satzes von normierten Vergleichsspektren verglichen werden. Wird Übereinstimmung zwischen den Meßdaten und einem Vergleichsspektrum festgestellt, so werden die Meßdaten dieses Bildpunktes mit der Nummer dieses Vergleichsspektrums gekennzeichnet und zur Weiterverarbeitung der Daten nur die Nummer des zugehörigen Vergleichsspektrums übertragen oder aufgezeichnet.

Wie Fig. 1 zeigt, wird jedes der Vergleichsspektren durch untere und obere Intensitätsgrenzwerte in jedem Spektralkanal definiert. Beispielhaft dargestellt sind vier verschiedene Vergleichsspektren A—D für eine Meßdatenaufiösung von 3 BU. Übereinstimmung zwischen einem dieser gespeicherten Vergleichsspektren und den Meßdateo eines Bildpunktes liegt vor, wenn die Meßdaten in jedem Spektralkanal innerhalb des durch den jeweiligen unteren oder oberen Intensitätsgrenzwert gegebenen Bereiches liegen.

F i g. 2 zeigt eine Grundschaltung zum Vergleich von multispektralen Meßdaten mit N gespeicherten Vergleichsspektren durch einen einzigen Speicherzugriff und die Bestimmung der binär kodierten Nummer des Vergleichsspektrums, das den Meßdaten entspricht Bei einer Auflösung von R Bit pre Spektralkanal werden die digitalen Meßdaten der einzelnen Spektralkanäle jeweils auf die R Adreßleitungen eines zugeordneten Speichers mit N parallelen Ausgängen gelegt. Die N Ausgänge Qi bis Qn sind den N verschiedenen Vergleichsspektren zugeordnet.

Die Vergleichsspektr«in sind in den Speichern so abgespeichert, daß alle Ausgänge z. B. den Wert 1 haben, wenn die normierten Intensitäten der Meßdaten zwischen den unteren und oberen Grenzwerten der betreffenden Vergleichsspektren liegen, und sonst den Wert 0. Die nachfolgende Koinzidenzschaltung stellt fest, ob in allen Spektralkanälen gleichzeitig für ein bestimmtes Spektrum die Intensitäten zwischen den unteren und 5 oberen Grenzwerten liegea Trifft dies zu, wird das zu diesem Spektrum gehörende Signal P, (1 < / < N) auf logisch 1 gesetzt Der nachgeschaltete binäre Encoder setzt die Nummer / dieses Signals in den entsprechenden Binärwert um.

ίο Bei dieser Methode wird durch einen einzigen Speicherzugriff der Vergleich der Meßdaten mit allen gespeicherten Vergleichsspektren durchgeführt und die Nummer des den Meßdaten zugeordneten Vergleichsspektrums ermittelt

Je nach verwendeter Hardware kann diese Operation mit der angegebenen Schaltung in ca, 15— 200nsec durchgeführt werden.

Die Speicherung der Vergleichsspektren ist nachfolgend näher erläutert

Bei einer Auflösung der MeSdaten von R Bk pro Spektralkanal wird für jeden Spektralkanal ein Speicher der Größe 2^R - N Bit verwendet mit R Adreßleitungen (A\— Ar) und N Datenausgängen (Qi-Qn)- Die2^ASpeicherpläize eines Spektralkanals mit je N Bit Wortlänge entsprechen der normierten Intensität von 0—100%. Jede der W Spalten der Speichermatrizen ist einem Vergleichsspektrum zugeordnet Auf den Speicherplätzen, deren Adressen-Intensität zwischen dem unteren und oberen Grenzwert der Vergleichsspektren liegen, ist in der; zugehörigen Matrix-Spalten z. B. eine 1 abgespeichert, sonst, eine 0. In Fig.3 ist ein Beispiel für die Speicherinhalte der in F i g. 1 ausgewählten Vergleichsspektren enthalten.
F i g. 4 zeigt eine Schaltung, durch welche die Daten von 6 Spektralkanälen durch einen Speicherzugriff 16 verschiedenen Vergleichsspektren zugeordnet werden.

Bei dieser Schaltung wird vorausgesetzt daß Speicher mit verdrahteten ODER-Ausgängen verwendet werden.

Für den Fall, daß die Bildpunktabtastdauer mindestens 16mal größer ist als die Speicherzugriffszeit ist in F i g. 5 ein Beispiel für eine Schaltung angegeben, die im Multiplexverfahren, d.h. 16 Speicherzugriffe pro Bildpunkt die 6-Kanal-Multispektraldaten 1024 verschiedenen Spektren zuordnet Auch hier werden Speicher mit verdrateten ODER-Ausgängen verwendet Aus der vorhergehenden Beschreibung wird deutlich, daß die Anzahl der gewünschten Farbstufen durch die Anzahl der Vergleichsspektren vorgegeben ist Die Datenrate selbst ist nur abhängig von der Anzahl der Vergleichsso spektren und der Bildpunktabtastfrequenz. Sie ist unabhängig von der Anzahl der Spektralkanäle, je größer die Aniahi der Spektralkanäle ist, um so sicherer können die Meßdaten bestimmten Vergleichsspektren zugeordnet werden, konstante Datenrate vorausgesetzt

Besonders hervorzuheben ist die Flexibilität des Systems, welches sich durch bloßes Verändern des Speicherinhaltes sehr schnell an neue Aufgabenstellungen anpassen läßt. So können z. B. für die allgemeine Anwendung die Fläche des Farbdreiecks in eine Vielzahl von Teilflächen unterteilt und deren zugehörige Spektren abgespeichert werden. Wie bereits erwähnt, werden für die spezielle Anwendung nur die Spektren bestimmter Objekte gespeichert, etwa bestimmter Pflanzen- oder Gesteinsarten.

Sowohl bei der Anwendung des Systems in Erdbeobachtungssatelliten als auch in anderen Stationen kann von der jeweiligen Bodenstation aus innerhalb von wenigen Sekunden der Speicherinhalt ausgetauscht und

damit das System auf eine neue Aufgabenstellung umgeschaltet werden. Ohne Schwierigkeiten können Betrag und gegenseitiger Abstand der unteren und oberen Grenzwerte für jedes Vergleichsspektrum optimal an das zu erkennende Objekt angepaßt werden. s

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

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Claims

1 2 aus übertragen werden sollen. Patentansprüche: Bei den bisher verwendeten, sogenannten multispek tralen Remote Sensing-Kamerasystemen an Bord von

1. Verfahren zur Aufbereitung von in mehreren Satelliten werden die Intensitäten der aufgenommenen Spektralkanälen anfallenden, aus der spektralen 5 Bildpunkte in verschiedenen Spektralkanälen gemessen. Zerlegung und anschließenden, bildpunktweise er- m der Regel digitalisiert und zur Auswertung der Daten folgenden elektronischen Abtastung aufgenomme- auf einem Speichermedium aufgezeichnet

ner Bilder stammenden, den Bildpunkten jeweils zu- Bei einem Kamerasystem mit 6 Kanälen ä 6 Bit Aufgeordneten, multispektralen digitalisierten Bildda- lösung werden beim bisherigen Verfahren ca. 6,8 - 10'° ten zum Zwecke der Übertragung dieser Bilddaten io verschiedene Farbstufen übertragen (bei einer Datenvon einer Sendestation, etwa einem Satelliten, zu wortlänge von 36 Bit pro Bildpunkt). Die hohe Zahl an einer Empfangsstation, dadurch gekenn- Farbstufen überschreitet bei weitem die technisch sinnzeich η e t, daß die multispektralen, digitalisierten voll nutzbare oder notwendige Farbauflösung, und führt Bilddaten jedes Bildpunktes mit einer Anzahl von in zu hohen Datenraten. Zum Vergleich sei angeführt, daß der Sendestation gespeicherten Vergleichsspektren 15 eine hochauflösende Schwarz-Weiß-Aufnahme ca. 256 (A, B, Q D), denen jeweils eine Codenummer züge- Graustufen enthält, welches einer Datenwortlänge von ordnet ist, verglichen werden und lediglich die Code- 8 Bit entspricht.

nummer desjenigen Vergleichsspektrums zur Emp- Aus »Television«, Mai/Juni 1979, Seite 15—17, ist es fangsstaüoE übertragen wird, dem die Bilddaten des bekannt, daS an Bord eines Satelliten von einer Fernjeweiligen Büdpunktes entsprechen. 20 sehkamera aufgenommene Bilder punktweise abgera-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- stert und die digitalisierten Bilddaten vollständig zur zeichnet, daß die Vergleichsspektren (A, B, C, D) Bodenstation gesendet werden können. Dort wird auch durch untere und obere Intensitätsgrenzwerte in je- ganz allgemein darauf hingewiesen, daß durch gewisse dem Spektralkanal definiert werden und daß Ober- manipulative Eingriffe beispielsweise Farbdifferenzen einstimmung zwischen einem der gespeicherten 25 zwischen verschiedenen-3ildteilen von Farbbildern ver-Vergleichsspektren und den Bilddaten dann festge- stärkt werden können. Eine Methode zur Datenredukstellt wird, wenn die Bilddaten in allen Spektralkanä- tion zum Zwecke der Übertragung ist dort nicht bclen innerhalb des durch die jeweiligen unteren und schrieben.

oberen Intensität'-grenzwerte gegebenen Bereichs Weiterhin ist aus »Advanced Scanners and Imaging

liegen. 30 Systems for Earth Observations«, National Aeronautics

3. Schaltungsanordnung zur Durchführung des and Space Administration, Washington 1973, Seiten Verfahrens nach Anspruch 1 oder t, dadurch ge- 281—287, 372—377, 384, 385 sowie 471—474 bekannt, kennzeichnet, daß für jeden einzelne» Spektralkanal daß es möglich ist, von Satelliten aus Farbbilder, bei-(t—k) ein eigener Speicher (M) der Größe spielsweise der Erde, aufzunehmen, diese spektral zu V ■ N Bit {2^R Zeilen und NSpalten der Speicherma- 35 zerlegen und die Bildinformationen in den einzelnen trix, R » Bitlänge des Bilddatenwortes) mit R Spektralkanälen mit Hilfe von Videokameras oder Ii-Adreßleitungen(14i— Ar) als Eingänge für die digita- nien- bzw. flächenhaften Sensorarrays üSdpunktweisc lisierten Bilddaten und mit N parallelen Datenaus- elektronisch zu registrieren sowie anschließend auszulegängen (Q\ — Qn) vorhanden ist, wobei die Daten- sen und bildpunktweise zu digitalisieren. Für jeden Bildausgänge (Qi-Qn) den N verschiedenen Ver- 4C punkt fallen dabei in mehreren Spektralkanälen digitaligleichsspektren zugeordnet sind, und daß den Da- sierte Intensitätswerte an, wobei jeweils beispielsweise tenausgängen eine Koinzidenzschaltung (P\ — Pn) 7 Bits vorgesehen sind. Bei einem derart aus einer Vielnachgeschaltet ist, mit der feststellbar ist, ob in allen zahl von Bildpunkten bestehenden Gesamtbild fällt Spektralkanälen (1—^gleichzeitig für ein bestimm- nach der spektralen Zerlegung bereits eine ungeheure tes Vergleichsspektrum die Intensitäten der Bildda- 45 Datenmenge an, deren Übertragung einen entsprechenten zwischen den unteren und oberen Grenzwerten den erheblichen Aufwand erfordert.

liegen. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, da- Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine durch gekennzeichnet, daß der Koinzidenzschaltung Schaltungsanordnung zu seiner Durchführung bereitzuein Binär-Encoder (BE) nachgeschaltet ist, mit dem 50 steller., mit denen erreicht werden kann, den Informadie Codenummer des ermittelten Vergleichsspek- tionsgehalt aufgenommener multispektraler, digitalitrums in einen entsprechenden Binärwert umsetzbar sierter Bilddaten so vollständig wie möglich und mit ist dem geringstmöglichen Übertragungsaufwand von ei-

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, ner Sendestation zu einer Empfangsstation zu übermitdadurch gekennzeichnet, daß Speicher mit verdrah- ss teln.

teten ODER-Ausgängen verwendet werden und daß Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch

die Schaltung im Multiplexverfahren betrieben wird. gelöst, daß die mulispektralen, digitalisierten Bilddaten jedes Bildpunktes mit einer Anzahl von in der Sendestation gespeicherten Vergleichsspektren, denen 60 jeweils eine Codenummer zugeordnet ist, verglichen werden und lediglich die Codenummer desjenigen Vergleichsspektrums zur Empfangsstation übertragen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schal- wird, dem die Bilddaten des jeweiligen Bildpunktes tungsanordnung zur Aufbereitung von in mehreren entsprechen.

Spektralkanälen anfallenden, multispektralen digitali- 65 Weitere Ausgestaltungen des Verfahrens und eine sierten Bilddaten zum Zwecke der Übertragung dieser Schaltungsanordnung zu sfciner Durchführung sind Bilddaten, gemäß dem Oberbegriff des Patenten- durch die Unteransprüche gegeben. SDruchs !.welche von Satelliten oder anderen Stationen Von besonderem Vorteil ist die Realzeitzuordnung