DE4124985C1

DE4124985C1 - Bildnachführsystem

Info

Publication number: DE4124985C1
Application number: DE4124985A
Authority: DE
Inventors: Elozor Plotke
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1990-08-02
Filing date: 1991-07-27
Publication date: 2000-12-28
Anticipated expiration: 2011-07-28
Also published as: US5329368A; GB9114470D0; GB2279198B; GB2279198A

Abstract

Ein Bildnachführsystem (10) für die Verwendung mit einem Bilddetektor (12, 14) wird beansprucht, welches ein Array von Elementen in x und y Richtung aufweist. Zunächst werden Frequenzdomändarstellungen eines Bildes erzeugt, um einen Referenzrahmen von Bilddaten und einen Eingangsrahmen von Bilddaten bereitzustellen. Ein Prozessor (30) wird verwendet, um eine Phasenänderung des Detektors (12, 14) bezüglich ersten und zweiten Proben des Referenzrahmens relativ zu entsprechenden ersten und zweiten Proben des Eingangsrahmens zu detektieren, um eine Verschiebung von wenigstens einem Teil des Eingangsrahmens relativ zu wenigstens einem Teil des Referenzrahmens zu erkennen. Schließlich wird das Ausgangssignal korrigiert, um die Verschiebung des Eingangsrahmens relativ zu dem Referenzrahmen zu kompensieren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Abbildungssysteme. Insbe sondere betrifft die vorliegende Erfindung Techniken zum De tektieren einer Änderung in einem Bild von einem Bildrahmen zum nächsten und zum entweder Kompensieren der Änderung oder zum Bereitstellen eines der Änderung entsprechenden Aus gangssignales.

Obgleich die vorliegende Erfindung in der nachfolgenden Be schreibung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungs formen für bestimmte Anwendungen erläutert werden wird, wird darauf hingewiesen, daß es nicht beabsichtigt ist, die Er findung auf diese Ausführungsformen zu begrenzen. Der Fach mann wird durch die offenbarte Lehre zusätzliche Modifika tionen, Anwendungen sowie Ausführungsformen erkennen und weitere Anwendungsbereiche entdecken, in denen die vorlie gende Erfindung benutzt werden kann.

Es gibt viele Anwendungen, in denen es wünschenswert ist, Bewegungen eines Bildes oder Bewegungen in einem Bild von einem Bildrahmen zum nächsten zu detektieren. Beispielsweise ist bekannt, daß konventionelle optische Systeme aufgrund von Plattformvibrationen ein Flimmern erfahren, das zu einer Verminderung der Bildqualität des Systemes führt. Während es eine Vielzahl von bekannten Bildkompensationstechniken zum Korrigieren derartigen Flimmerns gibt, sind mit diesen be kannten Techniken eine Vielzahl von Nachteilen verbunden. Konventionelle Bildkompensationstechniken umfassen unter an derem beschleunigungsmeter-orientierte oder kardanisch ori entierte Techniken. Die beschleunigungsmeter-orientierten Techniken verwenden Beschleunigungsmeßvorrichtungen, um die Bewegung der Plattform zu detektieren. Die von dem Beschleu nigungsmeter erzeugten Steuersignale werden verwendet, um die Vibrationseffekte in der Plattform zu korrigieren. Diese Korrektur kann entweder elektronisch oder mittels einer Ju stage des optischen Systems durchgeführt werden. Derartige beschleunigungsmeter-orientierte Techniken sind für die Kom pensation von Flimmern nur bedingt tauglich; sie sind grund sätzlich teuer, unzuverlässig und weisen bestimmte Lei stungsbegrenzungen insbesondere bezüglich ihrer Antwortzeit und bezüglich ihrer Fähigkeit auf, eine Vielzahl von Rich tungen zu kompensieren.

Bei den kardanisch-orientierten Systemen ist das optische System für die Stabilisation auf einem kardanischen System befestigt. Zusätzlich zu den damit verbundenen Rosten sind diese mechanischen Systeme gleichzeitig im allgemeinen schwerfällig und träge.

Bekannte Techniken zum Bildnachführen umfassen die Verwen dung von Nachführalgorithmen, wie beispielsweise den "FITTS- Correlation-Tracker-Algorithm". Derartige Algorithmen sind aber oftmals sehr rechnerintensiv und sind daher etwas lang sam. Zusätzlich sind diese Algorithmen, wie etwa der zuvor erwähnte FITTS-Algorithmus, bezüglich ihrer Fähigkeit des Verfolgens von Subpixeln und des Verfolgens von einer Viel zahl von Pixelbewegungen begrenzt.

Aus "A New Technique to Improve Video Stability by Digital Processing", Matsuzuru, Toshinari; Monjo, Yoshio; Sueoka, Takashi, SMPTE Journal, November 1988, S. 908 bis 910 ist eine Technik bekannt, um die Stabilität eines Videosignales unter Verwendung von digitaler Datenverarbeitung zu verbes sern. Hierfür werden die Videosignale eines Bildes digital verarbeitet und der Betrag und die Richtung der Bildbewegung wird in der Form eines Bewegungsvektors detektiert. Der Rahmenspeicher wird dann derartig angesteuert, daß das Bild um den gleichen Betrag, aber in die entgegengesetzte Rich tung wie der detektierte Bewegungsvektor verschoben wird, so daß die Bildbewegung vermindert und ein stabiles Videobild erzeugt wird. Um den Bewegungsvektor zu bestimmen, wird ein Muster-Anpassungsverfahren verwendet. Zunächst wird das Bild in eine große Anzahl von Blöcken geteilt. Anschließend wird für jeden Block die Korrelation zwischen den Rahmen errech net. Nachdem für jeden Block der Bewegungsvektor bestimmt worden ist, werden die Bewegungsvektoren gemittelt und der Mittelwert wird als Bewegungsvektor für das gesamte Bild verwendet.

Schließlich ist es beispielsweise aus "Signals and Systems"; Oppenheim, Alan V.; Willsky, Alan S.; Young, Ian T.; London; Prentice-Hall International, Inc., 1983, S. 202 bis 205, ISBN 0-13-811175-8 bekannt, daß die Fourier-Transformierte eines zeitverschobenen Signales einen anderen Betrag auf weist als das Signal selbst. Eine Folge hiervon ist, daß die Zeitverschiebung eines Signals eine Phasenverschiebung in der jeweiligen Fourier-Transformierten einführt.

Somit besteht also ein Bedarf an schnellen, preiswerten so wie zuverlässigen Bildnachführsystemen. Derartige Systeme sind beispielsweise auch in Sicherheitssystemen anwendbar, in denen es nötig ist, die Bewegung oder den Eintritt eines Gegenstandes innerhalb eines Überwachungsbereiches zu detek tieren.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein derartiges Bildnachführsystem bereitzustellen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Bildbewegungs nachführsystem gemäß dem Patentanspruch 1 bzw. 37 gelöst.

Im einzelnen stellt die vorliegende Erfindung ein Bildbewe gungsnachführsystem zur Verwendung mit einem Bilddetektor bereit, welcher ein Array von Elementen in x und y Richtung aufweist. Zunächst wird eine Frequenzdomänendarstellung eines Bildes erzeugt, um einen Referenzrahmen von Bilddaten und einen Eingangsrahmen von Bilddaten bereitszustellen. Ein Prozessor wird hinzugefügt, um eine Änderung in der Phase des Detektors bezüglich ersten und zweiten Proben des Refe renzrahmens bezüglich entsprechenden ersten und zweiten Pro ben des Eingangsrahmens zu detektieren, um so eine Verschiebung von wenigstens einem Teil des Eingangsrahmens relativ zu ei nem entsprechenden Teil des Referenzrahmens zu erkennen. Ab schließend wird, gemäß einer ersten Ausführungsform, ein Ausgangssignal korrigiert, um die Verschiebung des Eingangs rahmens relativ zu dem Referenzrahmen zu kompensieren.

In einer besonderen Ausführungsform bearbeitet der Prozessor zwei Frequenzpunkte in jedem Rahmen, um die Verschiebung in nerhalb des Eingangsrahmens relativ zu dem Referenzrahmen zu erkennen.

In einer alternativen Ausführungsform wird das Ausgangssig nal verwendet, um ein angezeigtes Bild vom Flimmern zu be freien, in dem das angezeigte Bild elektronische justiert wird. In einer zweiten alternativen Ausführungsform wird das Ausgangssignal verwendet, um ein angezeigtes Bild vom Flim mern zu befreien, in dem mechanisch ein optischer Aufbau vor dem Bilddetektor justiert wird. In einer dritten alter nativen Ausführungsform wird das Ausgangssignal als ein Be wegungssignal innerhalb eines Überwachungsbereiches verwen det.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.

Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer ersten beispielhaften Aus führungsform des Bildnachführsystems der vorliegen den Erfindung;

Fig. 2 ein Blockdiagramm einer zweiten beispielhaften Aus führungsform des Bildnachführsystems der vorliegen den Erfindung;

Fig. 3 ein Blockdiagramm einer dritten beispielhaften Aus führungsform des Bildnachführsystems der vorliegen den Erfindung.

Beschreibende Ausführungsformen und beispielhafte Anwendun gen der vorliegenden Erfindung werden im folgenden unter Be zugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, um die vorteilhafte Lehre der Erfindung zu offenbaren.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform des Bildnachführsystems 10 der vorliegenden Erfindung. Das System 10 umfaßt eine Optik 12 zum Fokussieren eines Bildes auf eine Kamera 14. Der optische Aufbau 12 und die Kamera 14 können von konventioneller Art sein, je nach dem entspre chenden Anwendungsgebiet. Die Kamera 14 kann ein Abtast typbilddetektor oder ein "staring-type"-Detektor sein, ohne dadurch die Lehre der vorliegenden Erfindung zu verlassen. In der bevorzugten Ausführungsform weist die Kamera 14 ein Array von M und N Detektorelementen jeweils in x und y Rich tung auf. Die Kamera 14 kann entweder ein Analog- oder ein Digitalsignal ausgeben. Ein Analog/Digital (A/D) Wandler 16 wird bereitgestellt, um ein analoges Kameraausgangssignal in digitale Proben zu transformieren, welche einen Rahmen von Bilddaten darstellen.

Ein erster Referenzrahmen von räumlich orientierten Bildda ten wird torgesteuert und in eine entsprechende Frequenzdo mänendarstellung des gleichen transformiert, und zwar mittels eines Fenstergatters 18, eines Parametergatters 20 und einer FFT-Einrichtung 22, wie beispielsweise einem Digi talfilter, welcher eine schnelle Fourier-Transformation der Eingangsdaten bereitstellt. Das Fenstergatter 18 ist eine konventionelle Einrichtung, die einen Teil eines Eingangs bildes für die weitere Verarbeitung ausblendet, wie es in der Technik bekannt ist. Wie ausführlich im folgenden disku tiert werden wird, stellt das Parametergatter 20 Punkte im Frequenzraum bereit, welche für das FFT 22 von Interesse sind, was die Forderung des Transformierens des gesamten Bildes innerhalb des durch das Gatter 18 ausgewählten Fensters unnötig macht. Der erste Referenzrahmen von ausge blendeten transformierten Bilddaten wird vor der Verarbei tung zu einer Verzögerungseinrichtung 28 gemultiplext, um das Ausblenden und Transformieren eines zweiten Rahmens von Bilddaten zu erlauben, welcher einen Eingangsrahmen dar stellt. Der Multiplexer 24 arbeitet unter der Steuerung eines Systemkontrollers 26. Der Systemkontroller synchroni siert den Betrieb der Kamera 14 mit dem des Multiplexers 24. Der Systemkontroller 26 ist angepaßt, um Eingabedaten eines Anwenders über eine Schnittstelle 27 zu empfangen. Die Anwenderschnittstelle 27 erlaubt des weiteren dem Anwender, die Punkte im Frequenzraum zu steuern, die von dem FFT 22 transformiert werden.

Daher werden Ortsdomänendarstellung von wenigstens zwei Punkten im Frequenzraum für jeweils einen ersten und einen zweiten Rahmen von digitalisierten Bilddaten, welche einen Referenzrahmen und einen Eingangsrahmen darstellen, mittels eines Prozessors 30 bereitgestellt. In Übereinstimmung mit der erfindungsgemäßen Lehre detektiert der Prozessor 30 eine Phasenänderung der Detektorelemente der Kamera 14 bezüglich ersten und zweiten Frequenzraumproben des Referenzrahmens relativ zu entsprechenden ersten und zweiten Frequenzraum proben des Eingangsrahmens, um eine Verschiebung von wenig stens einem Teil des Eingangsrahmens relativ zu einem ent sprechenden Teil des Referenzrahmens zu erkennen.

Der Prozessor 30 gibt ein Signal, das eine Verschiebung innerhalb des Eingangsrahmens relativ zu dem Referenzrahmen darstellt, an ein optisches Kompensationssystem 32 aus. Das optische Kompensationssystem 32 kann aus einem konventionel len Servosteuersystem bestehen, welches mechanisch den opti schen Aufbau justiert, um die Verschiebung des Eingangsrah mens relativ zu dem Referenzrahmen zu korrigieren. Der Betrieb des Systems 10 wird auf einer Rahmen-zu-Rahmenbasis mit dem zweiten Rahmen wiederholt, welcher den Referenzrah men relativ zu dem dritten Rahmen und so weiter darstellt. Der Fachmann wird erkennen, daß das System 10 in der Lage ist, das Flimmern infolge von Plattformvibrationen, Schützenzittern, etc. zu kompensieren.

Die erste alternative Ausführungsform 10' von Fig. 2 ent spricht im wesentlichen der Ausführungsform von Fig. 1 mit der Ausnahme, daß das optische Kompensationssystem 32 durch ein elektronisches System 32' ersetzt wurde. Das System 32' korrigiert das Ausgangssignal, welches von dem Prozessor be reitgestellt wird, elektronisch, so daß der Eingangsrahmen ohne die Verschiebungen angezeigt werden kann, die durch die zuvor erwähnten Quellen induziert wurden. Tatsächlich können die kompensierten Signale auch von dem Prozessor 30' bereit gestellt werden. Die Eingangsszenerie kann in die Refe renzszenerie mit dem errechneten Betrag der Verschiebung rückeingetragen werden.

Die zweite alternative Ausführungsform 10" von Fig. 3 ent spricht im wesentlichen der von Fig. 1 mit der Ausnahme, daß das Kompensationssystem 32 durch einen Alarm 32" ersetzt worden ist, dessen Signale detektierte Bewegungen von einem Rahmen zum nächsten darstellen. Der Fachmann wird die Anwen dungsmöglichkeit des Systems 10" in Überwachungs- und/oder Sicherheitsanwendungen zu schätzen wissen.

Bezüglich des Betriebes der vorliegenden Erfindung wird da rauf hingewiesen, daß die Frequenzdomänendarstellungen des Referenzrahmens und des Eingangsrahmens durch die folgenden Formeln (1) und (2) dargestellt werden können:

wobei Δx und Δy jeweils der Probenabstand in x und y Rich tung ist, M und N gerade ganze Zahlen sind, welche jeweils die Anzahl der Array-Elemente in x- und y-Richtung darstel len. MAP (mΔx, nΔy) und IN (mΔx, nΔy) sind jeweils Pro benintensitäten des Referenz- und Eingangsrahmens bei der (m Δx, nΔy)ten Probe und k und 1 sind ganze Zahlen derart, daß:

k = ±1, ±2, ±3,. . . or ± ((M/2) - 1) [3]

und

1 = ±1, ±2, ±3,. . . or ± ((N/2) - 1) [4]

Die Verschiebungen in die x und y Richtungen sind jeweils:

δ_x = ((C₁l₂/NΔy) - (C₂l₁/NΔy))/D [5]

δ_y = ((C₁k₁/MΔx) - (C₂k₂/MΔx))/D [6]

wobei

D = (k₁/MΔx)(l₂/NΔy) - (k₂/MΔx)(l₁/NΔy) [7]

C₁ = -sin^-1[I{IN(k₁/MΔx,l₁/NΔy)/MAP(k₁/MΔx,l₁/NΔy)}]/2π [8]

C₂ = -sin^-1[I{IN(k₂/MΔx,l₂/NΔy)/MAP(k₂/MΔx,l₂/NΔy)}]/2π [9]

wobei I {IN(k/MΔx,l/NΔy)/MAP(k/MΔx,l/NΔy)} den Imaginär teil der geklammerten Parameter darstellt. Man kann l und k als die kleinste Zahl wählen, um die größte mögliche Ver schiebung zu detektieren, und l₂ sollte gleich -l₁ oder k₂ sollte gleich k₁ sein.

Demnach stellt gemäß der vorliegenden Erfindung der Prozes sor 30 das Verhältnis des Wertes an dem ersten Frequenzpunkt in dem Eingangsrahmen zu dem ersten Frequenzpunkt in dem Re ferenzrahmen als einen ersten Quotienten bereit. Der Ima ginärteil des ersten Quotienten wird errechnet und der in verse Sinus davon wird ermittelt. Der sich ergebende Wert wird durch 2π geteilt und in Übereinstimmung mit den obigen Gleichungen (8) und (9) invertiert, um jeweils die Konstan ten C₁ und C₂ zu bestimmen. Anschließend nimmt der Prozessor das Verhältnis zwischen der Differenz zwischen dem Produkt des ersten Wertes und der zweiten Koordinate des zweiten Frequenzpunktes und des Produktes des zweiten Wertes und der zweiten Koordinte des ersten Frequenzpunktes und einer De terminante D (determinate), um die Verschiebung δ_x in einer ersten Richtung des Eingangsrahmens relativ zu dem Referenz rahmen in Übereinstimmung mit Gleichung (5) zu bestimmen. Anschließend nimmt der Prozessor das Verhältnis zwischen der Differenz zwischen dem Produkt des ersten Wertes und der er sten Koordinate des ersten Frequenzpunktes und das Produkt des zweiten Wertes und der ersten Koordinate des zweiten Frequenzpunktes und der Determinante D (determinate), um die Verschiebung δ_y in die zweite Richtung in Übereinstimmung mit Gleichung (6) zu bestimmen. Demnach werden Ausgangs signale bereitgestellt, welche die Verschiebung eines Ein gangsbildes relativ zu einem Referenzbild darstellen, wie zuvor beschrieben.

Bei Betrieb in der Bildebene detektiert der Prozessor 30 eine Phasenänderung der Detektorelemente der Kamera 14 be züglich ersten und zweiten Frequenzraumproben des Referenz rahmens relativ zu entsprechenden ersten und zweiten Fre quenzraumproben des Eingangsrahmens, um eine Verschiebung von wenigstens einem Teil des Eingangsrahmens relativ zu ei nem entsprechenden Teil des Referenzrahmens zu erkennen.

Eine Erklärung des Betriebes der vorliegenden Erfindung wird im folgenden angeboten. Eine nützliche Eigenschaft der Fou rier-Transformation ist die Tatsache, das eine Ortsverschie bung in der Ortsdomäne einer Phasenverschiebung in der Orts frequenzdomäne entspricht:

g(x - δ_x,y - δ_y) ↔ G(f_x,f_y)e^{-j2π_{(fxδx+fyδy)}} [10]

Wenn man annimmt, daß ein Eingangsrahmen IN(x, y) um δ_x und δ_y von dem Frequenzrahmen MAP(x, y) verschoben wird, dann gilt:

MAP(x,y) ↔ MAP(f_x,f_y) [11]

und

IN(x,y) = MAP(x - δ_x,y - δ_y) ↔ MAP(f_x,f_y)e^{-j2π_{(fxδx+fyδy)}} = IN(f_x,f_y) [12]

Der Quotient Q des Eingangsrahmens geteilt durch den Refe renzrahmen führt zu der Funktion für die Verschiebung in der Frequenzdomäne:

Q(f_x,f_y) = IN(f_x,f_y)/MAP(f_x,f_y) = e^{-j2π_{(fxδx+fyδy)}} [13]

Es ist bekannt, daß:

e^jz = cosz + jsinz [14]

woraus folgt, daß

Q(f_x,f_y) = e^{-j2π_{(fxδx+fyδy)}} = cos[2π(f_xδ_x + f_yδ_y)] - jsin[2π(f_xδ_x + f_yδ_y)] [15]

Es ist nötig, eine eindeutige Funktion wie beispielsweise die Sinusfunktion zu verwenden, um der Richtung der Ver schiebung zu folgen, und das Argument der Sinusfunktion auf ≦ |π/2| zu begrenzen, um eine eindeutige sich ergebende Ant wort zu erhalten (die ArcSin-Funktion wird in der bevorzug ten Ausführungsform benutzt, da das Vorzeichen des sich er gebenden das gleiche Vorzeichen wie das Argument hat. Dem nach wird darauf hingewiesen, daß das Argument des ArcSin zwischen -1 und +1 ein eindeutiger Winkel zwischen -π/2 bis +π/2 ist. Daher wird auftretenden Verschiebungen, welche mehr als |π/2| entsprechen, nicht gefolgt. Darüber hinaus existiert eine Begrenzung auf die maximal mögliche verfolg bare Verschiebung, welche des weiteren durch simultane Bewe gungen in x und y Richtungen begrenzt ist). Die maximal mög liche nachführbare Verschiebung ist gegeben durch

MΔxNΔy/4(MΔxl + NΔyk) [16]

Daher wird der Imaginärteil des Koeffizienten I(Q) verwen det, um für δ_x und δ_y zu lösen:

I{Q(f_x,f_y)} = -sin[2π(f_xδ_x + f_yδ_y)] [17]

und, gelöst für (f_xδ_x + f_yδ):

f_xδ_x + f_yδ_y = -sin^-1I{Q(f_x,f_y)}/2π [18]

Gleichung 18 enthält die gewünschte Ortsverschiebungsinfor mation jeweils in x und y Richtung, nämlich δ_x und δ_y. Die Cramersche Regel wird verwendet, um für δ_x und δ_y zu lösen. Die Cramersche Regel zum Lösen von Gleichungen mit zwei Va riablen wird verwendet, um eine eindeutige Lösung für δ_x und δ_y zu finden. Um die Cramersche Regel verwenden zu können, müssen zwei Gleichungen mit zwei Unbekannten verwendet wer den. Die zwei Unbekannten sind δ_x und δ_y und die zwei Glei chungen werden mit zwei bestimmten Frequenzpunkten (f_x1, f_y1) und (f_x2, f_y2) gefunden. Man kann den kleinsten möglichen, von null verschiedenen Wert für die Frequenzen wählen, um die größte Verschiebung zu finden. Darüber hinaus kann man f_x2 gleich -f_x1 oder f_y2 gleich -f_y1 wählen, um eindeutige Gleichungen zu erhalten:

f_x1δ_x + f_y1δ_y = -sin^-1I{Q(f_x1,f_y1)}/2π [19]

f_x2δ_x + f_y2δ_y = -sin^-1I{Q(f_x2,f_y2)}/2π [20]

Wenn

dann

Anstelle der Transformation eines Gesamtrahmens von Bildda ten, welcher M × N Ortsfrequenzkomponenten enthält, wird die Rechnerzeit vermindert, indem nur diskrete Fourier-Transfor mationen für die Ortsfrequenzen errechnet werden, die von Interesse sind. Demnach wird die folgende Gleichung für die zweidimensionale diskrete Fourier-Transformation verwendet

wobei

f_x = k/MΔx [25]

und

f_y = l/NΔy [26]

wobei Δx und Δy jeweils der Probenabstand in x und y Rich tung ist, und g(mΔx, nΔy) die Probenintensitäten bei der (mΔ x, nΔy)ten Probe sind.

Zusammenfassend kann also festgestellt werden, daß ein Bild nachführsystem für die Verwendung mit einem Bilddetektor beansprucht wird, welches ein Array von Elementen in x und y Richtung aufweist. Zunächst werden Frequenzdomändarstellun gen eines Bildes erzeugt, um einen Referenzrahmen von Bild daten und einen Eingangsrahmen von Bilddaten bereitzustel len. Ein Prozessor wird verwendet, um eine Phasenänderung des Detektors bezüglich ersten und zweiten Proben des Refe renzrahmens relativ zu entsprechenden ersten und zweiten Proben des Eingangsrahmens zu detektieren, um eine Verschie bung von wenigstens einem Teil des Eingangsrahmens relativ zu wenigstens einem Teil des Referenzrahmens zu erkennen. Schließlich wird das Ausgangssignal korrigiert, um die Ver schiebung des Eingangsrahmens relativ zu dem Referenzrahmen zu kompensieren.

Die vorliegende Erfindung wurde unter Bezugnahme auf eine bestimmte Ausführungsform für eine bestimmte Anwendung beschrieben. Der Fachmann, der zu der Lehre der vorliegenden Erfindung Zugang findet, wird zusätzliche Modifikationen und Anwendungen der Ausführungsformen innerhalb der offenbarten Lehre erkennen. Beispielsweise ist die Erfindung nicht auf die Verwendung von "staring"-Sensor-Arrays begrenzt. Der Fachmann kann die vorliegende Lehre an entsprechende Anwen dungen anpassen, ohne entsprechende Experimente machen zu müssen und ohne die vorliegende Lehre zu verlassen. Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung nicht auf die gezeigten Anwendungsmöglichkeiten begrenzt. Der Fachmann wird den vor teilhaften Betrieb der vorliegenden Erfindung auch in ande ren Einsatzfeldern erkennen, ohne die erfindungsgemäße Lehre zu verlassen.

Es ist daher beabsichtigt, mit den folgenden Ansprüchen jede und alle derartigen Anwendungen, Modifikationen und Ausfüh rungsformen innerhalb der offenbarten Lehre der vorliegenden Erfindung zu schützen.

Claims

1. Bildbewegungsnachführsystem für die Verwendung mit einem Bilddetektor, welcher ein Array von Elementen in x und y Richtung aufweist, mit:
ersten Vorrichtungen zur Erzeugung einer ersten Fre quenzdomänendarstellung eines Bildes, um einen Refe renzrahmen von Bilddaten bereitzustellen;
zweiten Vorrichtungen zum Erzeugen einer zweiten Fre quenzdomänendarstellung eines Bildes, um einen Ein gangsrahmen von Bilddaten bereitzustellen;
Verarbeitungsvorrichtungen zum Detektieren einer Pha senänderung des Detektors bezüglich ersten und zweiten Proben des ersten Referenzrahmens relativ zu entspre chenden ersten und zweiten Proben des Eingangsrahmens, um eine Verschiebung von wenigstens einem Teil des Ein gangsrahmens relativ zu wenigstens einem Teil des Refe renzrahmens zu erkennen; und
Kompensationsvorrichtungen zum Kompensieren eines Aus gangssignals bezüglich der Verschiebung des Eingangs rahmens relativ zu dem Referenzrahmen;

2. Nachführsystem nach Anspruch 1, worin die Verarbei tungsvorrichtungen dritte Vorrichtungen enthalten, zum Auswählen von ersten und zweiten Frequenzpunkten in je der der ersten und zweiten Frequenzdomänendarstellungen eines Bildes.

3. Nachführsystem nach Anspruch 2, welches des weiteren vierte Vorrichtungen zum Bereitstellen des Verhältnis ses des Wertes bei dem ersten Frequenzpunkt in dem Ein gangsrahmen zu dem ersten Frequenzpunkt in dem Refe renzrahmen als einen ersten Koeffizienten.

4. Nachführsystem nach Anspruch 3, welches des weiteren fünfte Vorrichtungen aufweist, zum Bereitstellen eines Imaginärteiles des ersten Koeffizienten.

5. Nachführsystem nach Anspruch 4, welches des weiteren sechste Vorrichtungen aufweist, zum Bereitstellen des inversen Sinuses des Imaginärteiles des ersten Koef fizienten.

6. Nachführsystem nach Anspruch 5, welches des weiteren siebte Vorrichtungen aufweist, zum Multiplizieren des inversen Sinuses des Imaginärteiles des ersten Koeffi zienten mit einer Konstanten, um einen ersten Wert C₁ bereitzustellen.

7. Nachführsystem nach Anspruch 6, welches des weiteren achte Vorrichtungen aufweist, zum Bereitstellen des Verhältnisses des Wertes bei dem zweiten Frequenzpunkt in dem Eingangsrahmen mit dem ersten Frequenzpunkt in dem Referenzrahmen als einen zweiten Koeffizienten.

8. Nachführsystem nach Anspruch 7, welches des weiteren neunte Vorrichtungen aufweist, zum Bereitstellen eines Imaginärteiles des zweiten Koeffizienten.

9. Nachführsystem nach Anspruch 8, welches des weiteren zehnte Vorrichtungen aufweist, zum Bereitstellen des inversen Sinuses des Imaginärteiles des zweiten Koeffi zienten.

10. Nachführsystem nach Anspruch 9, welches des weiteren elfte Vorrichtungen aufweist, zum Multiplizieren des inversen Sinuses der Imaginärkomponente des zweiten Koeffizienten mit einer Konstanten, um einen zweiten Wert C₂ bereitzustellen.

11. Nachführsystem nach Anspruch 10, welches des weiteren zwölfte Vorrichtungen aufweist, zum Bereitstellen des Verhältnisses zwischen der Differenz zwischen dem Pro dukt des ersten Wertes und der zweiten Koordinate des zweiten Frequenzpunktes und dem Produkt des zweiten Wertes und der zweiten Koordinate des ersten Frequenz punktes und einer Determinante, um eine Verschiebung in einer ersten Richtung des Eingangsrahmens relativ zu dem Referenzrahmen zu erkennen.

12. Nachführsystem nach Anspruch 11, welches des weiteren dreizehnte Vorrichtungen aufweist, um das Verhältnis zwischen der Differenz zwischen dem Produkt des ersten Wertes und der ersten Koordinate des ersten Frequenz punktes und dem Produkt des zweiten Wertes und der er sten Koordinate des zweiten Frequenzpunktes und einer Determinante, um eine Verschiebung in einer zweiten Richtung des Eingangsrahmens relativ zu dem Referenz rahmen zu erkennen.

13. Nachführsystem nach Anspruch 1, worin die Kompensati onsvorrichtungen elektronische Vorrichtungen zum Ju stieren einer Anzeige in Antwort auf die Verschiebung von wenigstens einem Teil des Eingangsrahmens relativ zu wenigstens einem Teil des Referenzrahmens aufweisen.

14. Nachführsystem nach Anspruch 13, worin die Verarbei tungsvorrichtungen dritte Vorrichtungen aufweisen, zum Auswählen von ersten und zweiten Frequenzpunkten in je der der ersten und zweiten Frequenzdomänendarstellungen eines Bildes.

15. Nachführsystem nach Anspruch 14, welches des weiteren vierte Vorrichtungen zum Bereitstellen des Verhältnis ses des Wertes bei dem ersten Frequenzpunkt in dem Ein gangsrahmen zu dem ersten Frequenzpunkt in dem Refe renzrahmen als einen ersten Quotienten aufweist.

16. Nachführsystem nach Anspruch 15, welches des weiteren fünfte Vorrichtungen aufweist, zum Bereitstellen eines Imaginärteiles des ersten Koeffizienten.

17. Nachführsystem nach Anspruch 16, welches des weiteren sechste Vorrichtungen aufweist, zum Bereitstellen des inversen Sinuses der Imaginärkomponente des ersten Ko effizienten.

18. Nachführsystem nach Anspruch 17, welches des weiteren siebte Vorrichtungen aufweist, zum Multiplizieren des inversen Sinuses des Imaginärteiles des ersten Koeffi zienten mit einer Konstanten, um einen ersten Wert C₁ bereitzustellen.

19. Nachführsystem nach Anspruch 18, welches des weiteren achte Vorrichtungen aufweist, zum Bereitstellen des Verhältnisses des Wertes bei dem zweiten Frequenzpunkt in dem Eingangsrahmen zu dem ersten Frequenzpunkt in dem Referenzrahmen als einen zweiten Koeffizienten.

20. Nachführsystem nach Anspruch 19, welches des weiteren neunte Vorrichtungen aufweist, zum Bereitstellen eines Imaginärteiles des zweiten Koeffizienten.

21. Nachführsystem nach Anspruch 20, welches des weiteren zehnte Vorrichtungen aufweist, zum Bereitstellen des inversen Sinuses des Imaginärteiles des zweiten Koeffi zienten.

22. Nachführsystem nach Anspruch 21, welches des weiteren elfte Vorrichtungen aufweist, zum Multiplizieren des inversen Sinuses des Imaginärteiles des zweiten Koeffizienten mit einer Konstanten, um einen zweiten Wert C₂ zu erhalten.

23. Nachführsystem nach Anspruch 22, welches des weiteren zwölfte Vorrichtungen aufweist, zum Bereitstellen des Verhältnisses zwischen der Differenz zwischen dem Pro dukt des ersten Wertes und der zweiten Koordinate des zweiten Frequenzpunktes und dem Produkt des zweiten Wertes und der zweiten Koordinate des ersten Frequenz punktes und einer Determinante, um eine Verschiebung in einer ersten Richtung des Eingangsrahmens relativ zu dem Referenzrahmen zu erkennen.

24. Nachführsystem nach Anspruch 22, welches des weiteren dreizehnte Vorrichtungen aufweist, zum Bereitstellen des Verhältnisses zwischen der Differenz zwischen dem Produkt des ersten Wertes und der ersten Koordinate des ersten Frequenzpunktes und dem Produkt des zweiten Wer tes und der ersten Koordinate des zweiten Frequenzpunk tes und einer Determinante.

25. Nachführsystem nach Anspruch 1, worin die Kompensati onsvorrichtungen Vorrichtungen zum Justieren eines op tischen Aufbaus in Antwort auf die Verschiebung von we nigstens einem Teil des Eingangsrahmens relativ zu we nigstens einem Teil des Referenzrahmens aufweisen.

26. Nachführsystem nach Anspruch 25, worin die Verarbei tungsvorrichtungen dritte Vorrichtungen aufweisen, zum Auswählen von ersten und zweiten Frequenzpunkten in je weils den ersten und den zweiten Frequenzdomänendar stellungen eines Bildes.

27. Nachführsystem nach Anspruch 26, welches des weiteren vierte Vorrichtungen aufweist, zum Bereitstellen des Verhältnisses des Wertes bei dem ersten Frequenzpunkt in dem Eingangsrahmen zu dem ersten Frequenzpunkt in dem Referenzrahmen als einen ersten Koeffizienten.

28. Nachführsystem nach Anspruch 27, welches des weiteren fünfte Vorrichtungen aufweist, zum Bereitstellen eines Imaginärteiles des ersten Koeffizienten.

29. Nachführsystem nach Anspruch 28, welches des weiteren sechste Vorrichtungen aufweist, zum Bereitstellen des inversen Sinuses des Imaginärteiles des ersten Koeffi zienten.

30. Nachführsystem nach Anspruch 29, welches des weiteren siebte Vorrichtungen aufweist, zum Multiplizieren des inversen Sinuses des Imaginärteiles des ersten Koeffi zienten mit einer Konstanten, um einen ersten Wert C₁ zu erhalten.

31. Nachführsystem nach Anspruch 30, welches des weiteren achte Vorrichtungen aufweist, zum Bereitstellen des Verhältnisses des Wertes bei einem zweiten Frequenz punkt in dem Eingangsrahmen mit dem ersten Frequenz punkt in dem Referenzrahmen als einen zweiten Quotien ten.

32. Nachführsystem nach Anspruch 31, welches des weiteren neunte Vorrichtungen aufweist, zum Bereitstellen eines Imaginärteiles des zweiten Quotienten.

33. Nachführsystem nach Anspruch 32, welches des weiteren zehnte Vorrichtungen aufweist, zum Bereitstellen des inversen Sinuses des Imaginärteiles des zweiten Koeffi zienten.

34. Nachführsystem nach Anspruch 33, welches des weiteren elfte Vorrichtungen aufweist, zum Multiplizieren des inversen Sinuses des Imaginärteiles des zweiten Koeffi zienten mit einer Konstanten, um einen zweiten Wert C₂ bereitzustellen.

35. Nachführsystem nach Anspruch 34, welches des weiteren zwölfte Vorrichtungen aufweist, zum Bereitstellen des Verhältnisses zwischen der Differenz zwischen dem Pro dukt des ersten Wertes und der zweiten Koordinate des zweiten Frequenzpunktes und dem Produkt des zweiten Wertes und der zweiten Koordinate des ersten Frequenz punktes und einer Determinante, um eine Verschiebung in einer ersten Richtung des Eingangsrahmens relativ zu dem Referenzrahmen zu erkennen.

36. Nachführsystem nach Anspruch 35, welches des weiteren dreizehnte Vorrichtungen aufweist, zum Bereitstellen des Verhältnisses zwischen der Differenz zwischen dem Produkt des ersten Wertes und der ersten Koordinate des ersten Frequenzpunktes und dem Produkt des zweiten Wer tes und der ersten Koordinate des zweiten Frequenzpunk tes und einer Determinante.

37. Bildbewegungsnachführsystem für die Verwendung mit ei nem Bilddetektor, welcher ein Array von Elementen in x und y Richtung aufweist, mit:
ersten Vorrichtungen zum Erzeugen einer ersten Fre quenzdomänendarstellung eines Bildes, um einen Refe renzrahmen von Bilddaten bereitzustellen;
zweiten Vorrichtungen zum Erzeugen einer zweiten Fre quenzdomänendarstellung eines Bildes, um einen Ein gangsrahmen von Bilddaten bereitzustellen;
Verarbeitungsvorrichtungen zum Detektieren einer Pha senänderung des Detektors bezüglich ersten und zweiten Proben von dem Referenzrahmen relativ zu entsprechenden ersten und zweiten Proben des Eingangsrahmens, um eine Verschiebung von wenigstens einem Teil des Eingangsrah mens relativ zu wenigstens einem Teil des Referenzrah mens zu erkennen; und
Alarmvorrichtungen zur Ausgabe eines Signals, welches die Verschiebung von wenigstens einem Teil des Ein gangsrahmens relativ zu wenigstens einem Teil des Aus gangsrahmens anzeigt.

38. Nachführsystem nach Anspruch 37, worin die Verarbei tungsvorrichtungen dritte Vorrichtungen aufweisen, zum Auswählen von ersten und zweiten Frequenzpunkten in je der der ersten und zweiten Frequenzdomänendarstellungen eines Bildes.

39. Nachführsystem nach Anspruch 38, welches des weiteren vierte Vorrichtungen aufweist, zum Bereitstellen des Verhältnisses des Wertes des ersten Frequenzpunktes in dem Eingangsrahmen mit dem ersten Frequenzpunkt in dem Referenzrahmen als einen ersten Koeffizienten.

40. Nachführsystem nach Anspruch 39, welches des weiteren fünfte Vorrichtungen aufweist, zum Bereitstellen eines Imaginärteiles des ersten Koeffizienten.

41. Nachführsystem nach Anspruch 40, welches des weiteren sechste Vorrichtungen aufweist, zum Bereitstellen des inversen Sinuses des Imaginärteiles des ersten Koeffi zienten.

42. Nachführsystem nach Anspruch 41, welches des weiteren siebte Vorrichtungen aufweist, zum Multiplizieren des inversen Sinuses des Imaginärteiles des ersten Koeffi zienten mit einer Konstanten, um einen ersten Wert C₁ bereitzustellen.

43. Nachführsystem nach Anspruch 42, welches des weiteren achte Vorrichtungen aufweist, zum Bereitstellen des Verhältnisses des Wertes bei dem zweiten Frequenzpunkt in dem Eingangsrahmen mit dem ersten Frequenzpunkt in dem Referenzrahmen als einen zweiten Koeffizienten.

44. Nachführsystem nach Anspruch 43, welches des weiteren neunte Vorrichtungen aufweist, zum Bereitstellen eines Imaginärteiles des zweiten Koeffizienten.

45. Nachführsystem nach Anspruch 44, welches des weiteren zehnte Vorrichtungen aufweist, zum Bereitstellen des inversen Sinuses des Imaginärteiles des zweiten Koeffi zienten.

46. Nachführsystem nach Anspruch 45, welches des weiteren elfte Vorrichtungen aufweist, zum Multiplizieren des inversen Sinuses des Imaginärteiles des zweiten Koeffi zienten mit einer Konstanten, um einen zweiten Wert C₂ bereitzustellen.

47. Nachführsystem nach Anspruch 46, welches des weiteren zwölfte Vorrichtungen aufweist, zum Bereitstellen des Verhältnisses zwischen der Differenz zwischen dem Pro dukt des ersten Wertes und der zweiten Koordinate des zweiten Frequenzpunktes und dem Produkt des zweiten Wertes und der zweiten Koordinate des ersten Frequenz punktes und einer Determinante, um eine Verschiebung in einer ersten Richtung des Eingangsrahmens relativ zu dem Ausgangsrahmen zu erkennen.

48. Nachführsystem nach Anspruch 47, welches des weiteren dreizehnte Vorrichtungen aufweist, zum Bereitstellen des Verhältnisse zwischen der Differenz zwischen dem Produkt des ersten Wertes und der ersten Koordinate des ersten Frequenzpunktes und dem Produkt des zweiten Wer tes und der ersten Koordinate des zweiten Frequenzpunk tes und einer Determinante.