DE3631944A1

DE3631944A1 - Einrichtung zur auswertung eines bildes zum zwecke der zielerkennung

Info

Publication number: DE3631944A1
Application number: DE19863631944
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr Dietrich
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: LFK Lenkflugkoerpersysteme GmbH
Priority date: 1986-09-19
Filing date: 1986-09-19
Publication date: 1988-04-07
Also published as: DE3631944C2; FR2604321B1; FR2604321A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Auswertung eines Bildes gemäß dem Oberbegriff des Patent anspruches 1.

In zunehmendem Maße werden in verschiedensten Flugkörpern Fernsehkameras eingesetzt, deren Bilder in Lenkanlagen für den Flugkörper zur Zielerkennung und zum Zielanflug verwendet werden. Die Zielerkennung erfolgt entweder automatisch in einer Auswerteschaltung, jedoch in vielen Fällen durch einen Lenkschützen, der das auf einem Monitor vorliegende Fernsehbild visuell auswertet. Bei der hohen Geschwindigkeit und der kurzen Flugzeit der verwendeten Flugkörper und der dabei auftretenden nahezu explosionsar tigen Änderung des Fernsehbildes werden an die Auswertung und insbesondere bei einer visuellen Auswertung an das visuelle System des Lenkschützen sehr hohe Anforderungen gestellt.

In den Fig. 1 und 2 ist eine typische Situation für die Anwendung einer Fernsehkamera im Rahmen der Lenkung eines Flugkörpers gezeigt. Der mit 1 bezeichnete Flugkörper fliegt in einer vorgegebenen Höhe H über dem Untergrund 2.

Eine Fernsehkamera 3 liefert ein in Fig. 2 mit 4 bezeichnetes Bild über den Betrachtungswinkel ϑ vom Untergrund. Das Bild 4 wird z. B. auf einem Monitor dargestellt.

In dem gezeigten Beispiel fliegt der Flugkörper (1) entlang einer geraden Straße konstanter Breite. Das Ergebnis ist das Fernsehbild 4 in Fig. 2, in dem am oberen Bildrand am abgebildeten Horizont 5 die abgebildete Straße 6 in einem Punkt zusammenläuft und zum unteren Bildrand hin zunehmend breiter wird. Versucht man während des schnellen Fluges des Flugkörpers ein in der Form bekanntes Ziel auf dem Untergrund zu erkennen, dann stellt sich das Problem, daß die reale Größe des Zieles auf dem Monitor unbekannt ist. Sie ist abhängig von folgenden Parametern:

- von der absoluten Größe des zu erkennenden Zieles
- von Parametern der Fernsehkamera, wie deren Brennweite und deren Abtasteinrichtung
- von dem Ort des zu erkennenden Zieles auf dem Monitor
- von dem Flugwinkel des Flugkörpers gegen den Untergrund
- von der Entfernung des Zieles vom Flugkörper.

Da sich die letzten drei Parameter während des Fluges des Flugkörpers ständig ändern, muß das auf dem Bild vorhande ne gesuchte Ziel über einen weiten Größenbereich erkannt werden können. Dies erschwert sowohl gegebenenfalls eine automatische Auswertung des Bildes in der Lenkanlage des Flugkörpers als auch erheblich die visuelle Auswertung durch den Lenkschützen.

Aus der DE-OS 31 06 100 der Anmelderin ist eine Hindernis warnvorrichtung für Luft-, Raum- oder Wasserfahrzeuge mit einer farbcodierten Entfernungsanzeige und einem einen vorgebbaren Raumwinkel abtastenden und objektspezifische Merkmale wie Lage, Entfernung und Annäherung von Objekt punkten feststellenden Radargerät beschrieben. Diese Hinderniswarnvorrichtung weist zusätzlich eine Kamera, z. B. eine Fernsehkamera auf, die ein elektronisches Bild des gleichen oder eines größeren Raumwinkelbereiches unter Heranziehung der Werte vom Radargerät liefert. Eine Wiedergabe des Bildes auf einem Farbmonitor erfolgt derart, daß alle Bildpunkte, deren zugehörigen Objekte eine Entfernung kleiner als ein vorgebbarer Entfernungs schwellenwert haben, entsprechend ihrer Entfernung ver schiedenfarbig codiert werden. Alle Bildpunkt mit einer Entfernung größer als der vorgegebene Entfer nungsschwellenwert werden einfarbig auf dem Farbmonitor dargestellt und liefern das Bild der Kamera. Dem Benutzer wird auf diese Weise in Sekundenbruchteilen ein äußerst rasches Erkennen von Hindernissen und neu auftauchenden Hindernissen etwa bei Ausweichmanövern im Tiefflug eines Hubschraubers ermöglicht, da Hindernisse und sonstige bewegte Objekte durch die Farbcodierung kräftig hervorge hoben und daher leicht zu erkennen sind. Über den Farbton kann noch der Grad der Gefährdung durch Hindernisse signalisiert werden.

Eine solche Hinderniswarnvorrichtung kann jedoch nicht für das hier in Rede stehende Problem angewandt werden, im wesentlichen, weil eine spezifische Zielerkennung nicht möglich und auch nicht gewollt ist, die jedoch für den Zielanflug eines Flugkörpers auf ein Ziel von entscheiden der Bedeutung ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Einrichtung der in Rede stehenden Art die Zielerkennung innerhalb des von der Fernsehkamera des Flugkörpers aufgenommenen Bildes zu verbessern und dadurch die Auwertung des Bildes zu vereinfachen.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Demgemäß ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung ein durchstimmbares Bandpaßfilter, dem die Videosignale zuge führt werden und dessen Filtercharakteristik in Abhängig keit der Bildkoordinatensignale nach Maßgabe der Bildgröße des zu erkennenden Zieles entsprechend der Bildperpektive kontinuierlich veränderbar ist. Durch diese Maßnahme können Ziele spezifisch erkannt und in der Aufzeichnungs einheit, z. B. einem Monitor entsprechend markiert, etwa farbcodiert werden. Auf diese Weise wird die Auswertung des Bildes hinsichtlich zu erkennender Ziele wesentlich vereinfacht, unabhängig davon, ob diese Auswertung automa tisiert oder visuell durch einen Lenkschützen erfolgt.

Hierbei wird davon ausgegangen, daß die realen Abmessungen des gesuchten Zieles bekannt sind, so z. B. die reale Breite, unter der ein Panzer einem Beobachter erscheint, der unmittelbar vor ihm steht. Diese Abmessungen können durch einen Bereich festgelegt werden, der durch eine minimale Breite b _min und eine maximale Breite b _max je nach dem Betrachtungswinkel eingegrenzt ist. Bei bekannten Daten der Fernsehkamera und der Lage des Horizontes auf dem Bild läßt sich dann für jeden Ort mit den Koordinaten x und y im Bild die Breite b′ des zu erkennenden Zieles auf dem Bild durch die Grenzwerte b′ _min bzw. b′ _max bestimmen, und zwar zu:

b′ _min= F(b _min′ x,y) (1)
b′ _max= F(b _max′ x,y)

Die Funktion F(b, x, y) läßt sich anhand der geometrischen Bildaufnahmesituation analytisch ermitteln.

Wird das Fernsehbild nach einem üblichen zeilenweisen Bildabtastverfahren gewonnen, dann entsteht beim Abtasten einer Zeile, die das gesuchte Ziel schneidet, durch dieses Ziel eine Videofrequenzkomponente f, für die gilt:

f _min ≦ f ≦ f _max (2)

Für die Grenzwerte f _min und f _max gilt:

In diesen Gleichungen ist a eine Proportionalitätskon stante.

Das gesuchte Ziel kann daher nur dort auf dem Bild vorhanden sein, wo nennenswerte Signalamplituden im Videofrequenzbereich zwischen f _min und f _max vorhanden sind. Das Frequenzintervall zwischen f _min und f _max verschiebt sich beim Abtasten des Bildes vom oberen zum unteren Bildrand zu tieferen Frequenzen.

Durch Eingabe der realen Abmessungen der gesuchten Ziele werden alle Objekte mit derartigen Abmessungen in der Aufzeichnungseinheit, z. B. auf einem Monitor entsprechend automatisch markiert. Hierdurch wird das Erkennen von Zielen wesentlich erleichtert. Eine solche Einrichtung mit einer automatischen Zielerkennungshilfe ist vor allen Dingen beim Einsatz von Kleinraketen mit kurzer Flugzeit unbedingt erforderlich, um eine brauchbare Trefferquote zu erreichen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung stellen dar:

Fig. 3 ein schematisches Blockdiagramm einer Einrichtung gemäß der Erfindung zur Auswertung eines Bildes zum Zwecke der Zielerkennung;

Fig. 4 die Filtercharakteristik eines in der Einrichtung verwendeten durchstimmbaren Bandpaßfilters.

In Fig. 3 ist wiederum der Flugkörper 1 mit seiner Fernsehkamera 3 gezeigt. Die Bildsignale der Fernsehkamera 3 werden über eine Datenübertragungsstrecke 11 zu einer Lenkanlage 12 übertragen, von der in Fig. 3 nur die zur Zielerkennung und gegebenenfalls Zielauswertung benötigten Elemente dargestellt sind. Die Bildsignale werden von einem Empfänger 13 empfangen und in einer Trennschaltung 14 in Videosignale (VS) und Bildkoordinatensignale X und Y aufgetrennt. Diese Bildkoordinatensignale X und Y sind den oben erwähten Bildkoordinaten x und y innerhalb des Bildes zugeordnet.

Die Videosignale VS werden dem Eingang 15 eines durch stimmbaren Bandpaßfilters 16 zugeführt; die Bildkoordi natensignale X, Y werden an Durchstimmeingänge 17 dieses Bandpaßfilters 16 geleitet. Einem weiteren Durchstimmein gang werden noch Signale einer Eingabeeinheit 18 zuge führt, die Flugbahndaten des Flugkörpers und gegebenen falls Korrektursignale darstellen. Einem Bereichseingang 19 des Bandpaßfilters 16 werden über eine Eingabeeinheit 20 die oben erwähnten Werte b _min und b _max für die minimale bzw. maximale reale Breite des zu erkennenden Zieles zugeleitet.

Aus diesen angegebenen Daten kann, wie oben erläutert, die Frequenzcharakteristik des Filters bestimmt werden, und zwar durch Angabe der minimalen und maximalen Videofre quenzkomponenten f _min und f _max. Wie aus Fig. 4 ersicht lich, liegt das so bestimmte Frequenzband am oberen Bildrand bei relativ hohen Videofrequenzen, am unteren Bildrand bei relativ niedrigen Frequenzen. Dieses Fre quenzband wird während der Abtastung des Bildes konti nuierlich verschoben, was durch den Pfeil 21 in Fig. 4 schematisch dargestellt ist. Wird das Bild der Fernsehka mera durch eine Zeilenabtastung erzeugt, so ist die Steuerung der Verschiebung im wesentlichen nur über das Höhenkoordinatensignal Y notwendig. Eine Feinabstimmung, etwa zur Definition der Horizontlage kann über die Eingabeeinheit 18 erfolgen.

Das Ausgangssignal des Bandpaßfilters 16 wird in einem Komparator 21 mit einem Referenzsignal U _ref verglichen, durch das ein Detektionspegel für die bandgepaßten Videosignalkomponenten festgelegt wird. Ist das Ausgangs signal des Bandpaßfilters 16 im selektierten Frequenzband größer als das Referenzsignal, dann ist an dieser Stelle im Bild ein Objekt mit Abmessungen in dem definierten Breitenbereich vorhanden. Der Komparator 21 liefert ein Ausgangssignal an eine Markierungseinrichtung 22, durch die der ermittelte Bildbereich markiert wird.

Die Darstellung des Gesamtbildes erfolgt auf einer Anzeigeeinheit, z. B. einem Monitor 23, dem die Videosig nale VS und die Bildkoordinatensignale X, Y über Verzögerungsglieder 24, 25, 26 und außerdem das Ausgangs signal der Markierungseinrichtung 22 zugeführt werden. Die Verzögerungsglieder haben eine Verzögerungszeit τ, die der Reaktions- bzw. Bearbeitungszeit des durchstimmbaren Bandpaßfilters angepaßt ist und diese kompensiert. Die durch den Bandpaßfilter 16 und den Komparator 21 ausge wählten Bildbereiche werden z. B. farbcodiert auf dem Monitor 23 synchron mit dem übrigen Fernsehbild angezeigt. Ein Lenkschütze braucht daher den Bildschirm des Monitors 23 nur noch in den markierten Bildbereichen zu überprüfen, um festzustellen, ob die markierten Bildbereiche zu erkennende Ziele oder nicht interessierende Objekte darstellen. Dadurch wird die Zielerkennung wesentlich erleichtert, da der Lenkschütze nur noch einen kleinen Teil der Bildfläche überprüfen muß.

Es ist ferner möglich, die Aufzeichnungseinheit 23 mit einer Auswerteeinheit 24 zu verbinden, in der eine automatische Zielerfassung und Zielauswahl vorgenommen wird. Die Ausgangssignale dieser Auswerteeinheit 24 können dann direkt über hier nicht gezeigte Lenkeinheiten zur Lenkung des Flugkörpers benutzt werden.

Die automatische Zielerkennungshilfe ist selbstverständ lich unabhängig von dem angewandten Abtastverfahren der verwendeten Fernsehkamera, so daß nicht nur eine Zeilenab tastung möglich ist. Ebenso ist die Erfindung nicht gebunden an das beschriebene vereinfachte Ausfüh rungsbeispiel für einen in konstanter Höhe über Grund fliegenden Flugkörper. Andere Flugbahnen können durch entsprechende Eingabe der Bahndaten über die Eingabeein heit 18 berücksichtigt werden.

Claims

1. Einrichtung zur Auswertung eines Bildes, das von einer Fernsehkamera eines ein Ziel anfliegenden Flugkörpers aufgenommen und durch längs einer Abtaststrecke ermit telte Bildsignale dargestellt wird, mit einer Daten übertragungsstrecke von der Fernsehkamera zu einer Lenkanlage für den Flugkörper, in der die Bildsignale zum Zwecke der Zielerkennung ausgewertet werden und die zumindest einen Empfänger sowie eine Aufzeichnungsein heit für die Bildsignale aufweist, dadurch gekennzeich net, daß der Empfänger (13) eine Trennschaltung (14) zur Auftrennung der Bildsignale in Videosignale (VS) und Bildkoordinatensignale (X, Y) aufweist, daß die Videosignale (VS) und die Bildkoordinatensignale (X, Y) über Verzögerungsglieder (24, 25, 26) der Aufzeich nungseinheit (23) zugeführt werden, daß ein durchstimm bares Bandpaßfilter (16) vorgesehen ist, dem die Videosignale (VS) der Trennschaltung (14) zugeführt werden und dessen Filtercharakteristik (f _min, f_max) in Abhängigkeit der Bildkoordinatensignale (X, Y) nach Maßgabe der Bildgröße des zu erkennenden Zieles entsprechend der Bildperspektive kontinuierlich verän derbar ist, daß dem Ausgang des Bandpaßfilters (16) ein Komparator (21) zum Vergleich der Signalhöhe der bandgepaßten Videosignalkomponenten mit einem Referenz signal (U _ref) nachgeschaltet ist, daß der Ausgang des Komparators (28) mit einer Markierungseinrichtung (22) zum Markieren derjenigen Bildbereiche in der Aufzeich nungseinheit (23) verbunden ist, die durch die im Komparator (21) ausgewählten Videosignalkomponenten bestimmt sind, und daß die Verzögerungszeit (τ) der Verzögerungsglieder (24, 25, 26) auf die Reaktionszeit des Bandpaßfilters (16) abgestimmt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufzeichnungseinheit (23) einen Monitor auf weist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Markierungseinrichtung (22) die ausgewählten Bildbereiche farbcodiert.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abstimmung des Bandpaß filters (16) eine Eingabeeinheit (18) für die Flugbahn daten des Flugkörpers (1) und gegebenenfalls für Korrekturdaten vorgesehen ist.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufzeichnungseinheit (23) mit einer Auswerteeinheit (24) zur automatischen Zielerfassung und gegebenenfalls Zielauswahl verbunden ist.