DE3241896C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Optronische Flugerfassungsgeräte sind allgemein bekannt, so beispielsweise Geräte zur Ortung von Flugzeugen und Raketen, die den Radarhorizont unterfliegen. Diese Geräte arbeiten z. B. mit einer rotierenden Kamera mit vertikal angeordnetem, linearen Detektorarray und überwachen einen Streifen von wenigen Grad im Bereich des Horizontes, der auf Wärmepunktziele (heiße Raketenköpfe, Flugzeugnasen) hin untersucht wird.

Ebenso bekannt sind Wärmebildkameras mit speziellen Scan-Einrichtungen zur Gewinnung von Wärmebildern bzw. Verfahren, bei denen durch Differenzbildung aufeinanderfolgender Bilder Bewegungen herausgefiltert werden.

In der DE 29 39 656 A1 ist ein Verfahren zur Verfolgung von Zielen, insbesondere von Kampfflugzeugen, Passanten oder dergleichen, unter Verwendung eines Zielverfolgungssystems beschrieben, das einen bilderzeugenden Sensor, ein Servosystem zur Sensornachführung und einen Korrelationstracker, vorzugsweise einen Kreuzkorrelationstracker aufweist. Dem Korrelationstracker werden vorgegebene Eigenschaften eines Zieles eingespeichert. Das Sensorbild wird mit den Eigenschaften des Zieles so lange korreliert, bis eine Ähnlichkeitsschwelle überschritten wird. Mit dem von dem Korrelationstracker selbstentdeckten aktuellen Bild des Zieles wird der Zielspeicher des Korrelationstrackers gefüllt. Durch dieses Verfahren wird somit eine automatische Zielerkennung ermöglicht.

Aus der DE 28 47 233 A1 ist ein Verfahren zum Auffinden und Identifizieren horizontaler modulierter Strahlungsquellen mit einer optronischen Bildaufnahmevorrichtung bekannt. Die Bildaufnahmevorrichtung besteht aus einer Optik, mindestens einem Detektorarray, einer Scan-Einrichtung, einer Rotationsvorrichtung für die Bildaufnahmevorrichtung um eine vertikale Achse sowie einer nachfolgenden Auswertelogik. Zur Auffindung der Strahlungsquellen rotiert die Bildaufnahmevorrichtung bei ruhender Scan-Einrichtung, und der auf dem Detektorarray abgebildete Bereich wird durch die Bildauswertelogik nach punktförmigen Strahlungsquellen abgesucht. Zur Identifizierung von Zielen wird die Rotation der Bildaufnahmevorrichtung gestoppt, diese in Richtung der jeweiligen Strahlungsquelle geschwenkt, und es wird die Scan-Einrichtung zur Aufnahme und Untersuchung des die entdeckte Strahlungsquelle umgebenden Bildausschnittes betätigt.

Die mit obenbeschriebenen Verfahren gemachten Erfahrungen zeigen, daß eine eindimensionale Korrelation für eine Punktziel/Flächentrennung nicht ausreichend ist. Nicht berücksichtigte Detektorinhomogenitäten und Punktziele vortäuschende vertikale Kanten führen zu einer verhältnismäßig hohen Falschalarmrate.

Eine Vorrichtung zur Überprüfung der Formübereinstimmung eines von einem auf eine entferntes Objekt gerichteten, bilderzeugenden, elektromagnetischen Sensor erhaltenen Objektbildes mit einem vorgegebenen Schema gleicher oder ähnlicher Form und zum korrekten Einrichten des Sensors auf das Objekt ist aus der DE-AS 21 06 035 vorbekannt. Bei dieser Vorrichtung erfolgt eine zweidimensionale Korrelation, wobei die Bildverfolgungsleistung in parallel und senkrecht zu den Rasterlinien laufenden Richtungen völlig gleichwertig ist. Es wird das gesamte Blickfeld abgetastet, aus dem ein beschränktes Blickfeld (Fenster) herausgenommen wird. Hierbei sollte im Hinblick auf die Bewegungen des Blickfeldes und auf die Bildschärfe ein Gerät mit einem Bezugsschema von 3 · 3 Bildelementen ein Fenster von 5 · 5 Elementen haben oder aber im Falle von störenden Unsicherheiten noch etwas größer sein. Mit diesem Bezugsschema wird das digitalisierte Objektbild in allen möglichen Stellungen innerhalb des Fensters verglichen. In jeder einzelnen Stellung wird berechnet, wie viele Elemente mit den Elementen des Schemas übereinstimmen. Die Korrelationszahl kann im vorliegenden Fall zwischen 0 und 3 · 3 = 9 schwanken, wobei dann die Stellung mit der höchsten Korrelationszahl als Objektposition angenommen wird. Mit der vorbekannten Vorrichtung wird somit die Formübereinstimmung eines Objektbildes mit einem vorgegebenen Schema überprüft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art vorzuschlagen, mit dem Punkt- und Flächenziele voneinander unterschieden und detektiert werden können, und mit dem eine wesentliche Falschalarmreduktion erreicht wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 19 beschrieben.

Ein Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß bei der verwendeten zweidimensionalen Bildverarbeitung die individuellen Unterschiede der einzelnen Detektorelemente, beispielsweise deren zeitliche Schwankungen, sowie die unterschiedlichen zeitlichen Verläufe der Signale berücksichtigt bzw. eliminiert werden können. Vorteilhafterweise wird erreicht, daß die Falschalarme an vertikalen Kanten unterdrückt werden. Außerdem wird vorteilsgemäß zur Falschalarmreduktion im gesamten Sehfeld des Sensors mit hoher Empfindlichkeit detektiert und nur in speziellen Auswertezonen großer Punktzielmengen mit geringerer Empfindlichkeit bzw. mit speziellen Auswerteverfahren gearbeitet.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, an Hand dessen das erfindungsgemäße Verfahren erläutert wird. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Bildverarbeitungseinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 eine Darstellung verschiedener Verfahrensvarianten in Blockschaltbildform,

Fig. 2 eine Darstellung verschiedener Verfahrensvarianten in Blockschaltbildform,

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Gesamtprinzips, und

Fig. 4 ein zweidimensionales Sensorsignal und ein vorgegebenes Punktzielreferenzbild.

In Fig. 1 liefert eine optronische Bildaufnahmevorrichtung 1 Flugkörperbildern entsprechende digitale Rohvideosignale an eine Vorverarbeitungseinrichtung 2, die Bestandteil einer Punktziel/Flächentrennungseinrichtung 3 ist. Die Einrichtung 3 enthält weiterhin einen Korrelator 4, der der Vorverarbeitungseinrichtung 2 nachgeschaltet ist und unbewerteten Punktzielen entsprechende Signale an eine Einrichtung zur Nachbarschaftskontrolle 5 liefert. Dieser Einrichtung 5 ist eine Datenverarbeitungseinrichtung 6 zum Extrahieren von Alarmsignalen aus bewerteten Punktzielsignalen nachgeordnet.

Bezugnehmend auf die in Fig. 2 in drei senkrechten dargestellten Verfahrensvarianten, die auch untereinander entsprechend den eingezeichneten, strich-punktierten Linien mit Pfeilen kombiniert werden können, korrreliert der Korrelator 4 die Flugkörperbilder mit vorgegebenen Referenzsignalen bzw. -bildern in horizontaler Richtung. Die unbewerteten Punktzielen entsprechenden Korrelationssignale (Zielformsignale) werden in der Einrichtung 5 einer vertikalen Nachbarschaftskontrolle im Nahbereich unterzogen. Nahbereich bedeutet, daß die direkt benachbarte Bildzeile untersucht wird. Es wird somit die horizontale Korrelation, vorzugsweise nach einem eindimensionalen, horizontalen Korrelationsverfahren durch eine vertikale Kontrolle der Signale in der Nachbarschaft unterstützt. Überschreitet hierbei beispielsweise mehr als ein benachbarter Signalpunkt eines per Korrelation erkannten Punktzieles einen hohen Schwellwert, wird das Objekt unterdrückt; lediglich die zweifache Überschreitung eines niedrigen Schwellwertes kann z. B. als Punktziel akzeptiert werden.

Die Korrelationssignale können zusätzlich einer horizontalen Nachbarschaftskontrolle unterzogen werden, wobei die gesamte Nachbarschaftskontrolle im Fernfeld durchgeführt wird. Fernfeld bedeutet, daß nicht der direkte Nachbar eines Bildpunktes untersucht wird (das macht ja bereits die horizontale Korrelation], sondern daß untersucht wird, ob direkt neben einem aus mehreren Bildpunkten bestehenden Punktziel ein zweites erkannt wurde, das die Formkriterien der Korrelation ungehindert durchlaufen hat. Als Einrichtung zur Nachbarschaftskontrolle kann in diesem Fall die in Fig. 2 mit 51 bezeichnete Einrichtung verwendet werden, die entsprechend der mittleren senkrechten Verfahrensvariante einem nach einem unsymmetrischen zweidimensionalen Korrelationsverfahren arbeitenden Korrelator 41 nachgeordnet ist. Im Korrelator 41 erfolgt eine Korrelation in vertikaler und horizontaler Richtung, wobei - ebenso wie im Korrelator 4 - die unbewertete Punktzielsignale einer fest vorgegebenen Schwellwertbildung derart unterzogen werden können, daß ihre Signalamplituden über vorgegebene Vergleichsgrößen klassifiziert werden. Es ist auch denkbar, die Schwelle aus der Anzahl der gewonnenen bewerteten Punktziele automatisch zu ermitteln.

In Fig. 4 sind jeweils ein zweidimensionales Sensorsignal und ein Punktzielreferenzbild graphisch dargestellt, wobei die Korrelation in Zeilen- und Spaltenrichtung verdeutlicht wird. Die den Korrelatoren 41 und 42 zugeführten Referenzbilder können auch unsymmetrisch sein. Dieses ist zweckmäßig, da ein Detektorelement in der Vertikalen ungefähr dreimal größer als in der Horizontalen ist, reale weit entfernte Ziele aber als runde Objekte angenommen werden können.

Dem Korrelator 41 ist eine Vorverarbeitungseinrichtung 2 vorgeschaltet, die die dem Korrelator 41 zugeführten Flugkörperbilder derart vorverarbeitet, daß eine Aufsummation der Grauwerte der um einen betrachteten Bildpunkt vorhandenen Bildpunkte erfolgt. Von dem Summenwert wird der mit einem Skalierungsfaktor versehene Mittelwert abgezogen. In der praktischen Ausführung kann die berücksichtigte Anzahl n der Nachbarbildpunkte die Werte 1 oder 2 oder mehr annehmen.

Die in Fig. 2 in der rechten Spalte dargestellten Verfahrensvariation entspricht im Prinzip derjenigen aus der mittleren Spalte. Ein Unterschied besteht allerdings darin, daß der Vorverarbeitungseinrichtung 21 zu deren Aktualisierung zu vorgegebenen Zeitpunkten Korrekturfaktoren zugeführt werden können. Hier kann es sich um individuelle, jedem Detektorelement der Bildaufnahmevorrichtung 1 zugeordnete Korrekturfaktoren handeln.

Alle aus Fig. 2 ersichtlichen, in den Spalten dargestellten Verfahrensvarianten unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Datenverarbeitungseinrichtung, wobei unter Datenverarbeitung alle weitergehenden Maßnahmen verstanden werden, die aus der Bildverarbeitungshardware abgelieferte, bewertete Punktzielsignale soweit reduzieren, daß tolerable Falscharmraten herauskommen. In Einrichtung 6 wird eine Datenverarbeitung mit Umlaufstatistik und Zielspur durchgeführt, so daß unbewegte Objekte ausgeblendet, Ziele mit unrealistischen Kursen eliminiert, Festziele unterdrückt und Nahbereiche maskiert werden. Atmosphärische Randinformationen, bedrohungsspezifische Informationen und taktische Bedingungen können eingebunden werden. In der Einrichtung 61 wird zusätzlich eine Klassifizierung der bewerteten Punktzielsignale nach Signalamplituden zur Erfassung von Zonen gleicher bewerteter Punktziele vorgenommen (Alarmclusterung). Die Zonen gleicher Punktziele werden z. B. durch ihre Kontur beschrieben. Die Zonen gleicher Punktziele können als Masken über die von der Bildaufnahmevorrichtung 1 bereitgestellte Szene gelegt werden. Zusätzlich zu den mit der Einrichtung 61 durchgeführten Verfahrensschritten erfolgt in der Datenverarbeitungseinrichtung 62 noch eine Größenclusterung, d. h. es wird eine Klassifizierung der bewerteten Punktzielsignale nach Signalamplituden vorgenommen.

Ausschlaggebend für die Lösung eines Alarmes ist in Zweifelsfällen immer die Amplitude der Bilddaten, d. h. nur die heißesten Objekte durchlaufen die Punktziel-Flächenfilterung unbeeinträchtigt. Treten beispielsweise in stark strukturierten Gebieten direkt nebeneinander Punktziele auf, müssen diese mittels Plausibilitätskriterien bzw. spezieller Auswerteverfahren unterdrückt werden. Da im Falle angreifender Rotten dieser Nachbar von großer Wichtigkeit sein kann, muß eine derartige Unterdrückung abschaltbar gemacht werden. Dieses ist in Fig. 2 durch die Schaltzustände "EIN/AUS" angedeutet.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Gesamtprinzip werden für einzelne Bauelemente dieselben Bezugszeichen wie für die entsprechenden Bauelemente aus den Fig. 1 und 2 verwendet. Zusätzlich sind aus Fig. 3 folgende Bauelemente ersichtlich:

Eine Stabilisierungseinrichtung 7 für die Bildaufnahmevorrichtung (Sensor) 1,

eine Einrichtung 8 zur Detektorversatz-Korrektur sowie eine Einrichtung 9 zum automatischen Zellenabgleich, die praktisch eine Vorverarbeitungseinrichtung nach 21 darstellen und zwischen der Bildaufnahmevorrichtung 1 und dem Korrelator 42 angeordnet sind, eine dem Korrelator 42 nachgeordnete Einrichtung 10 zur Intensitätsbewertung (d. h. Schwellwertbildung) der unbewerteten Punktzielsignale, und

zusätzliche der Datenverarbeitungseinrichtung 62 nachgeordnete Auswerteeinheiten, nämlich eine Schrifteinblendungseinrichtung 11, ein Bildnormwandler 12, ein Übersichts- und Sektor-Monitor 13 sowie ein Bedienplatz 14.

Der Signalfluß zwischen den einzelnen Bauelementen in Fig. 3 ist durch Verbindungslinien und Pfeile gekennzeichnet, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung 62 in drei einzelne Blöcke aufgeteilt ist. Hierbei handelt es sich um die Blöcke Clusterbildung, Clusterverarbeitung und Umlaufstatistik.

Claims (19)

1. Verfahren zur Verbesserung der Bildverarbeitung bei optronischen Flugkörpererfassungsgeräten, bei denen die Flugkörper mit einer optronischen Bildaufnahmevorrichtung erfaßt werden, die von der Bildaufnahmevorrichtung gelieferten Flugkörperbilder in einem Korrelator mit vorgegebenen Referenzsignalen korreliert werden, die von dem Korrelator abgegebenen Punktzielen entsprechenden Korrelationssignale in einer Datenverarbeitungseinrichtung mit Umlaufstatistik und Zielspur verarbeitet werden, und die Ausgangssignale der Datenverarbeitungseinrichtung an eine Alarmeinrichtung abgegeben werden, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Korrelator (4, 41, 42) abgegebenen, korrelierten, unbewerteten Punktzielen entsprechenden Korrelationssignale einer Einrichtung zur Nachbarschaftskontrolle (5, 51,52) zugeführt werden, durch die eine Kontrolle der Korrelationssignale in ihrer Nachbarschaft zur Schaffung zweidimensional bewerteter Punktzielsignale durchgeführt wird, und daß die zweidimensional bewerteten Punktzielsignale an die Datenverarbeitungseinrichtung (6, 61, 62) zum Extrahieren der Alarmsignale aus den bewerteten Punktzielsignalen abgegeben werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachbarschaftskontrolle (5) im Nahbereich durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachbarschaftskontrolle (5) im Fernfeld durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrelationssignale einer horizontalen Nachbarschaftskontrolle (51, 52) unterzogen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine vertikale Nachbarschaftskontrolle.

6. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine vertikale und horizontale Nachbarschaftskontrolle (51, 52).

7. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anwendung eines eindimensionalen, horizontalen Korrelationsverfahrens (4).

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Flugkörperbilder mit Referenzbildern im Korrelator (41, 42) zusätzlich in vertikaler Richtung korreliert werden, so daß ein zweidimensionales Korrelationsverfahren verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Korrelator (4, 41, 42) die unbewerteten Punktzielsignale einer fest vorgegebenen Schwellwertbildung derart unterzogen werden, daß ihre Signalamplituden über vorgegebene Vergleichsgrößen klassifiziert werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwertbildung automatisch aus einer gerade noch zu bewältigenden maximalen Anzahl von Punktzielsignalen ermittelt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Korrelator (41, 42) eine Korrelierung der Flugkörperbilder mit unsymmetrischen Referenzbildern durchgeführt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1, 7, 8, 9 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Korrelator (41, 42) zugeführten Flugkörperbilder in einer Vorverarbeitungseinrichtung (2) derart vorverarbeitet werden, daß eine Aufsummation der Grauwerte der um einen betrachteten Bildpunkt vorhandenen Bildpunkte erfolgt, und daß von dem Summenwert der mit einem Skalierungsfaktor versehene Mittelwert abgezogen wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die aktuellen Korrektorfaktoren jedes Sensorelementes auf die Signale jedes Sensors korrigierend einwirken.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zu jedem Detektorelement der Bildaufnahmevorrichtung (1) ein individueller Korrektorfaktor ermittelt wird, daß die ermittelten Korrekturfaktoren zu vorgegebenen Zeitpunkten abgespeichert und zur Aktualisierung der Vorverarbeitungseinrichtung (21) zugeführt werden.

15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Datenverarbeitungseinrichtung (61, 62) eine Klassifizierung der bewerteten Punktzielsignale nach Signalamplituden zur Erfassung von Zonen gleicher bewerteter Punktziele vorgenommen wird (Clusterbildung).

16. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zonen gleicher Punktziele durch ihre Korrektur beschrieben werden (Clusterbildung).

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Konturen gleicher Punktziele als Masken über die von der Bildaufnahmevorrichtung (1) bereitgestellte Szene gelegt werden.

18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die bewerteten Punktziele innerhalb einer Kontur nach vorgegebenen Auswerteverfahren gesondert verarbeitet werden (Clusterverarbeitung).

19. Verfahren nach Anspruch 16 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Kontur mit höheren Signalamplitudenschwellen die Punktziele klassifiziert werden.