DE4342216B4

DE4342216B4 - Nichtlineare Abtastung zur Optimierung des Leistungsvermögens eines elektrooptischen Sektorabtastungs-Erkennungssystems

Info

Publication number: DE4342216B4
Application number: DE4342216A
Authority: DE
Inventors: Ralph H. Wight; Gregory J. Wolfe
Original assignee: BAE Systems Information and Electronic Systems Integration Inc
Current assignee: BAE Systems Information and Electronic Systems Integration Inc
Priority date: 1992-12-10
Filing date: 1993-12-10
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2013-12-11
Also published as: US5481479A; CA2110962C; GB2273413B; GB9325223D0; DE4342216A1; IL107625A0; FR2699361A1; FR2699361B1; GB2273413A; CA2110962A1; IL107625A

Abstract

System zum Durchführen einer elektrooptischen Panorama-Erkennung einer Szene mit Sektorabtastung und großem Bereich bzw. großem Abstand, wobei die Erkennung bei einem gegebenen Grundauflösungsabstand und einer gegebenen Vorwärtsüberlappung mit erhöhten Abtastgeschwindigkeiten durchgeführt wird, mit
(1) einer Brennebenenanordnung (704), die zur Erfassung eines Bildes der Szene und zur Umwandlung des Bildes in eine elektronische Ladungsdarstellung des Bildes ausgelegt ist,
(2) einer elektronischen Haupteinheit (706), die mit 'der Brennebenenanordnung (704) gekoppelt und zur Umwandlung der elektronischen Ladungsdarstellung in ein digitales Bilddatensignal ausgelegt ist, wobei das digitale Bilddatensignal eine digitale Repräsentation des Bildes ist,
(3) einer mit der Brennebenenanordnung (704) gekoppelten ersten Einrichtung zum Fokussieren eines Abschnitts der Szene auf die Brennebenenanordnung, wobei der Abschnitt der Szene durch eine Projektion der Brennebenenanordnung definiert ist,
(4) einer mit der ersten Einrichtung gekoppelten zweiten Einrichtung (702) zum Abtasten der Projektion der Brennebenenanordnung entlang der Szene mit nichtlinearer Abtastgeschwindigkeit,
(5) einer mit...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf elektrooptische Wiedererkennungs- bzw. Erkennungssysteme und insbesondere auf eine nichtlineare Abtastung zur Optimierung des Leistungsvermögens von elektrooptischen Erkennungssystemen.
Elektrooptische Systeme finden weitverbreiteten Einsatz bei gegenwärtigen Erkennungssystemen. Für diesen Bekanntheitsgrad gibt es drei wesentliche Gründe. Der erste Grund besteht darin, daß diese Systeme in Echtzeit arbeiten können. Anders ausgedrückt können diese Systeme Daten dann, wenn diese zusammengetragen werden, verarbeiten und interpretieren. Diese Systeme sammeln Daten unter Einsatz eines in der Luft transportierten Kamerasystems, übertragen die Daten über ein Luft/Boden-Datenkoppelglied zu einer Bodenstation und verarbeiten die Daten in der Bodenstation, wie sie empfangen werden. Dies ermöglicht eine sehr viel raschere Interpretation von Daten als bei gleichartigen Daten, die auf photographischem Film aufgezeichnet, zurück zu einer Heimatbasis geflogen und im Anschluß an den Flugvorgang verarbeitet werden.
Ein zweiter Vorteil besteht in der Fähigkeit des elektrooptischen Systems, Dunst zu durchdringen. Diese Fähigkeit wird durch Signalverarbeitungstechniken ermöglicht, die imstande sind, die Dateninformation vom Hintergrundrauschen (Dunst bzw. Verschleierung) zu trennen und zu verstärken. Diese Fähigkeit ist bei herkömmlichen photographischen Erkennungstechniken nicht vorhanden, da es nicht möglich ist, die Wirkungen des Hintergrundrauschens zu beseitigen.
Zusätzlich können elektrooptische Systeme aufgrund der hohen Empfindlichkeit von elektrooptischen Detektoren mit geringerem Umgebungslicht als photographische Systeme arbeiten. Dies hat den Effekt, daß die Zeitdauer je Tag, während der eine Erkennungs- bzw. Aufklärungsmission geflogen werden kann, verlängert ist.

DE 3830577 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Signalverarbeitung von Detektorsignalen eines nach dem sog. "Whisk-broom"-Verfahren arbeitenden Abtasters. Danach wird die Geländeoberfläche oder ein anderes Objekt quer zur Flug- bzw. Bewegungsrichtung eines Abtasters mit einem Abtastlelement und einer rechtwinkelig zur Abtastrichtung angeordneten Detektorreihe mit einer Anzahl gleich großer Einzeldetektoren abgetastet und aus den Signalen, unabhängig von der Abtastentfernung bzw. dem Abtastwinkel, gleich große Objektpixel gebildet, die stets normal zur Abtastrichtung stehen (siehe Patentanmeldung P 3731845.4).

Gemäß DE 3830577 A1 erfolgt die Bildung der Objektpixelsignale durch eine digitale Steuerung der Abtastperiode Δt_y der á priori analogen, parallelen Detektorsignale und deren Speicherung in Speichern, aus denen durch serielles Auslesen ein analoges Zeilensignal s(t) geildet wird, das in (n) konstanten Perioden Δt_x abgetastet und daraus die endgültigen, den Objektivpixeln entsprechenden Signale gebildet werden, wobei die Abtastperioden Δt_y und Δt_x jeweils Funktionen der Abtasteintfernung bzw. der Flughöhe und des Abtastwinkels darstellen.

Typischerweise existieren zwei allgemeine Formen elektrooptischer Erkennungssysteme. 1 zeigt die beiden allgemeinen Formen von elektrooptischen Erkennungssystemen. In einer ersten Betriebs- bzw. Ausführungsart, die als Streifenbetriebsartsystem bezeichnet wird, ist die durch das elektrooptische System erfaßte Fläche ein langer, schmaler Schlitz, der als eine Projektion bzw. eine Abbildung eines Schlitzes 104 beschrieben werden kann. Die Projektion des Schlitzes 104 ist die Fläche, die durch eine Fokalebenenanordnung bzw. Brennebenenanordnung (FPA = Focal Plane Array) des Systems erfaßt (projiziert) wird. Die Brennebenenanordnung FPA ist in einem Luftfahrzeug bzw. Flugzeug 102 angebracht. Eine Linsenanordnung dient zur Fokussierung des Schlitzes 104 auf die Brennebenenanordnung. Üblicherweise ist die Brennebenenanordnung eine Linie aus optischen Sensoreinrichtungen wie etwa CCD-Elementen. Bei einem Streifenbetriebsartsystem erstreckt sich die Projektion des Schlitzes 104 unter rechtem Winkel zu der Flugrichtung und bildet eine Dimension des Bilds. Die Flugrichtung ist durch einen Flugpfad 122 veranschaulicht. Die zweite Dimension des Bilds wird durch die Vorwärtsbewegung des Flugzeugs 102 erzeugt, während es entlang des Flugpfads 122 mit einer Geschwindigkeit V fliegt. In dieser Beschreibung wird die Richtung der Vorwärtsbewegung des Flugzeugs als Richtung in bzw. entlang der Spur bzw. als Spurrichtung bezeichnet. Die in rechtem Winkel zum Flugpfad verlaufende Richtung wird als Richtung quer zur Spur oder als Querrichtung bezeichnet.

Die zweite Betriebsart ist eine Panoramabetriebsart mit Sektorabtastung (Sektorabtastungsbetriebsart). In der Sektorabtastungsbetriebsart ist die Linie der Detektoren in der Brennebenenanordnung mit der Richtung entlang der Spur ausgerichtet. Folglich verläuft eine Projektion 106 der Brennebenenanordnung in der Richtung entlang der Spur. Die Projektion 106 wird unter rechtem Winkel zum Flugpfad (der Richtung quer zur Spur) entlang der abzubildenden Szene abgetastet. Die Abtastung in der Richtung quer zur Spur stellt die zweite Dimension des Bilds dar.

Für Langbereichs- bzw. Großbereichs- oder Fernbereichs-Luftüberwachungsanwendungen werden Langbereichs-Schrägphotographiersysteme (LOROP = long-range oblique photography-Systeme) eingesetzt. Ein typisches LOROP-System arbeitet mit einer an einem Luftfahrzeug angebrachten elektrooptischen Kamera, die dazu ausgelegt ist, eine Szene bei oder nahe am Horizont in der Sektorabtastungsbetriebsart abzutasten. Die abgetasteten Objekte werden durch eine Linse oder andere optische Komponenten auf der Brennebenenanordnung fokussiert. Ein rotierendes Prisma kann zur Abtastung der Projektion 106 in der Richtung quer zur Spurrichtung entlang der abzutastenden Szene eingesetzt werden. Die Brennebenenanordnung FPA besitzt oftmals eine Höhe bzw. Tiefe von einem Bildelement (Pixel) und eine Breite von mehreren tausend Bildelementen.

Die elektrooptische Kamera erzeugt ein elektronisches Signal, das ein Bild der abgetasteten Szene repräsentiert. Dieses Signal wird nach unten zu einer Bodenstation gekoppelt, in der es in eine sichtbare Information umgewandelt wird.

Unter erneuter Bezugnahme auf 1 wird ein LOROP-System in größeren Einzelheiten beschrieben. Ein Flugzeug 102 fliegt mit einer Höhe A über dem Grund und mit einem Bodenabstand D von der aufzunehmenden Szene. Das Flugzeug 102 fliegt mit einer Geschwindigkeit V in der Richtung entlang der Spur, parallel zu der Szene. Der Sichtlinienabstand zwischen dem Flugzeug 102 und der Szene ist als eine Schrägentfernung p_slant definiert. Für Weitbereichsanwendungen (LOROP) ist die Schrägentfernung p_slant groß. (Beispielsweise kann p_slant bei einer typischen Anwendung in der Größenordnung von 40 Seemeilen bzw. ca. 74 km sein).

Die Brennebenenanordnung und die zugehörigen optischen Einrichtungen sind im Flugzeug 102 montiert. Ein Depressionswinkel θ_d ist als der Winkel der Sichtlinie der Kamera, bezogen auf eine horizontale Ebene, definiert. Ein rotierendes Kamerafaß bzw. ein rotierender Kameraaufnehmer bewirkt eine Abtastung der Projektion 106 entlang der Szene beim oder nahe am Horizont. Die Geschwindigkeit des Flugzeugs 102 in der Richtung der Spur und parallel zur Szene führt dazu, daß die Kamera benachbarte Scheiben bzw. Abschnitte der Szene aufnimmt. Jede benachbarte Scheibe bildet ein vollständiges Bild.

2 zeigt diese abgetasteten Scheiben bzw. Teilbereiche in größeren Einzelheiten. Bezugnehmend auf die 1 und 2 ist die Länge jeder Scheibe durch den Abstand bestimmt, der durch die Abtastbewegung der Kamera in der Richtung quer zur Spur abgedeckt ist. Diese Länge wird als eine Feldüberdeckung 202 quer zur Spur bezeichnet. Die Breite jeder Scheibe in der Richtung entlang der Spur ist durch die Breite der Brennebenenanordnung, die Brennweite der optischen Komponenten und den Abstand zwischen der Kamera und der Szene bestimmt. Diese Breite ist als die Feldüberdeckung 204 bzw. Überdeckungsfeld in Richtung entlang der Spur bekannt. Diese Scheiben überlappen einander in der Richtung entlang der Spur (Spurrichtung) in einem Ausmaß, der als eine Vorwärtsüberlappung 206 bekannt ist. Die Vorwärtsüberlappung 206 stellt sicher, daß kein Teil der Szene unabgetastet verbleibt.

Das Überdeckungsfeld 204 in Richtung der Spur ist eine Funktion von pslant. Gemäß den typischerweise eingesetzten Linsenanordnungen ist das Überdeckungsfeld 204 in Richtung der Spur an dem entfernten Ende der Abtastung (Fernfeld-Abtastungspunkt) größer (größer auf dem Boden, jedoch mit derselben Winkelüberdeckung) als bei dem Punkt der Abtastung, der dem Flugzeug am nächsten liegt (Nahfeld-Abtastpunkt). Dieses Phänomen ist zur Vereinfachung in 2 nicht gezeigt. Vielmehr ist in 2 ein Überdeckungsfeld 204 in Spurrichtung gleich groß sowohl für den Nahfeld- als auch für den Fernfeld-Abtastpunkt dargestellt.

Eine vertikale Abtastgeschwindigkeit (in der Richtung quer zur Spur) ist derart gewählt, daß bei einer gegebenen Geschwindigkeit V des Flugzeugs 102 ein bestimmter Betrag der Vorwärtsüberlappung 206 erhalten wird. Die bestimmte Größe der Vorwärtsüberlappung 206 ist derart gewählt, daß keine Bildinformation zwischen Abtastungen verloren geht. Wenn sich die Geschwindigkeit V des Flugzeugs 102 vergrößert, muß sich auch die vertikale Abtastgeschwindigkeit erhöhen, um den bestimmten Betrag der Vorwärtsüberlappung 206 beizubehalten.

Um eine optimale Systemauflösung zu erhalten, muß die Information in der Brennebenenanordnung jedesmal gelesen werden, wenn die Vertikalabtastung die Brennebenenanordnung zum Durchwandern des durch jedes Brennelement projizierten Bereichs veranlaßt. Wenn mehr Fläche bzw. ein größerer Bereich durch ein Bildelement zwischen Auslesungen der Brennebenenanordnung detektiert (projiziert) wird (d.h. wenn sich die Abtastgeschwindigkeit vergrößert), verringert sich die Systemauflösung. Um somit bei einer Vergrößerung der vertikalen Abtastgeschwindigkeit die Systemauflösung beizubehalten, muß sich auch die Rate vergrößern, mit der die Information in der Brennebenenanordnung gelesen wird. Da die Rate, mit der die Information in der Brennebenenanord nung gelesen werden kann, durch die Detektortechnologien begrenzt ist, ist die vertikale Abtastgeschwindigkeit auf eine praktische maximale Rate beschränkt. Da die vertikale Abtastgeschwindigkeit auf ein Maximum in der Praxis aufgrund der maximalen Leserate der Brennebenenanordnung gebunden ist und da eine Vergrößerung der vertikalen Abtastgeschwindigkeit bei Vergrößerung der Geschwindigkeit V des Flugzeugs 102 erforderlich ist, um eine bestimmte Vorwärtsüberlappung 206 beizubehalten, ist die Geschwindigkeit V auf einen Maximalwert beschränkt. Somit ist bei einer gegebenen Auflösung und Vorwärtsüberlappung die Arbeitsgeschwindigkeit V, mit der die Panorama-Sektorabtastungserkennung durchgeführt werden kann, auf einen Maximalwert begrenzt. Herkömmliche LOROP-Systeme waren nicht imstande, diese Beschränkung ohne Beeinträchtigung der Auflösung zu überwinden.

Es sei angemerkt, daß in diesen Unterlagen die Systemauflösung durch manche bzw. einige konstante Zahlen bzw. Anzahl von Linienpaaren je Längeneinheit auf dem Boden definiert ist.

Es wird somit ein System und ein Verfahren zum Vergrößern der Arbeitsgeschwindigkeit V benötigt, mit der ein die elektrooptische Erkennung ausführendes Flugzeug fliegen kann, während eine bestimmte Vorwärtsüberlappung 206 und die Systemauflösung bei einem gegebenen Niveau gehalten wird.

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Gerät und ein Verfahren zum Ausdehnen der Arbeitsgeschwindigkeit des Panorama-Weitbereich-Schrägphotographierens (LOROP) mit Sektorabtastung ohne Einbuße an Systemauflösung geschaffen. Die vorliegende Erfindung ist auf ein System und ein Verfahren zum Vergrößern der Abtastgeschwindigkeit eines elektrooptischen Erkennungssystems mit Sektorabtastung gerichtet, wobei ein bestimmtes Niveau der Vorwärtsüberlappung und der Systemauflösung, wie vorstehend definiert, aufrechterhalten wird. Die vorliegende Erfindung nutzt die vergrößerte Auflösung aus, die den Nahfeldabschnitten der Abtastung inhärent ist. Während die Kamera von dem Fernfeld zum Nahfeld abtastet, wird die Abtastgeschwindigkeit vergrößert. Diese Vergrößerung der Abtastgeschwindigkeit ermöglicht es dem System, eine erhöhte Nahfeldauflösung durch eine vergrößerte Abtastgeschwindigkeit zu ersetzen. Die Erhöhung der Abtastgeschwindigkeit in dem Nahfeld führt zu einer Erhöhung der gesamten Abtastrate, während ein bestimmter Pegel der Systemauflösung aufrechterhalten wird. Diese Vergrößerung der Abtastrate ermöglicht eine größere Geschwindigkeit des Betriebs des Flugzeugs, ohne daß die Vorwärtsüberlappung geopfert bzw. beeinträchtigt wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Berechnungen durchgeführt, um die gewünschte Abtastrate der Kamera aufgrund der gegebenen Betriebsparameter der Mission zu bestimmen. Eine zugehörige Leserate der Brennebenenanordnung wird berechnet, die zur Erfüllung der Spezifikationen des Leistungsvermögens (insbesondere Auflösung) bei der bestimmten Abtastrate erforderlich ist. Bei schnelleren Kameraabtastraten muß auch die Leserate der Brennebenenanordnung schneller sein. Bei Kamera-Abtastraten oberhalb eines Schwellwerts muß die Brennebenenanordnung mit einer Rate gelesen werden, die schneller ist als es die Detektortechnologie erlaubt. Falls die berechnete Leserate der Brennebenenanordnung das Systemmaximum bzw. die maximale Systemrate überschreitet, muß sich die Abtastgeschwindigkeit als Funktion der Zeit verändern.

In dem Falle einer variierenden Abtastrate befindet sich die Abtastgeschwindigkeit im Fernfeldpunkt der Abtastung beim Schwellwert und vergrößert sich, während die Abtastung durch das bzw. zum Nahfeld fortschreitet. Diese Vergrößerung führt zu einer Erhöhung der gesamten Abtastgeschwindigkeit einer Kamera während des Abtastzyklus. Die nichtlineare Abtastgeschwindigkeit, die während jeder Abtastung benutzt wird, wird entweder unter Einsatz einer exakten Lösung oder unter Polynom-Annäherung bestimmt.

Die Kamera wird entlang der Szene mit der vorstehend bestimmten nichtlinearen Geschwindigkeit abgetastet. Folglich wird ein Bild der abgetasteten Szene auf der Brennelementanordnung fokussiert. Daten werden aus der Brennebenenanordnung in periodischen Intervallen ausgelesen, wodurch eine elektronische photographische Aufnahme von Streifen der abgetasteten Szene bewirkt wird. Diese Daten sind ein elektronisches Signal, das digitale Bilddaten enthält. Das Signal wird an eine Bodenstation für die Verarbeitung gesendet, um schließlich ein sichtbares Bild zu erhalten.

Jedoch führt die Abtastung der Szene mit einer nichtlinearen Geschwindigkeit dazu, daß das Bildelement-Aspektverhältnis bzw. Flächen- bzw. Seitenverhältnis des resultierenden Bilds verzerrt wird und innerhalb des gesamten Bilds variiert. Um dies zu kompensieren, werden die digitalen Bilddaten korrigiert, um die Wirkungen der nichtlinearen Abtastgeschwindigkeit zu beseitigen. Wenn sie einmal korrigiert sind, kann ein verzerrungsfreies sichtbares Bild erzeugt werden, das im gesamten Bild ein Bildelement-Aspektverhältnis von 1:1 besitzt. Somit stellt die vorliegende Erfindung ein verbessertes Leistungsvermögen eines elektrooptischen Erkennungssystems aufgrund des Einsatzes einer nichtlinearen Abtastgeschwindigkeit bereit, bei dem die vergrößerte Nahfeldauflösung vorteilhaft ausgenutzt wird und bei dem die resultierenden Bilddaten dann elektronisch korrigiert werden, um die Wirkungen der nichtlinearen Abtastgeschwindigkeit zu beseitigen.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sowie der Aufbau und die Arbeitsweise verschiedener Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszahlen identische oder funktional gleichwertige Elemente. Zusätzlich bezeichnet die ganz links stehende Ziffer einer Bezugszahl die Zeichnung, in der die Bezugszahl zuerst auftritt.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung, die ein elektrooptisches, mit Sektorabtastung arbeitendes Erkennungssystem veranschaulicht,
2 photographische Scheiben 106, die bei einem elektrooptischen, mit Sektorabtastung arbeitenden Erkennungssystem erhalten werden,
3 ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung veranschaulicht,
4 ein sehr verallgemeinertes Blockschaltbild, das die Schlüsselelemente bzw. wesentlichen Elemente der vorliegenden Erfindung und deren Umgebung veranschaulicht,
5 ein Ablaufdiagramm, das die Schritte zeigt, die bei der Bestimmung der gewünschten Abtastgeschwindigkeit enthalten sind,
6 ein Ablaufdiagramm, das die Schritte veranschaulicht, die zur Bestimmung einer verwendeten Abtastzeit erforderlich sind, und
7 ein Blockschaltbild, das Elemente der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Nachstehend wird ein Inhaltsverzeichnis der folgenden Abschnitte aufgelistet:

1. Übersicht über die Erfindung
2. Terminologie
3. Die Erfindung und ihre Umgebung
4. Nichtlineare Abtastung
5. Ausführungsbeispiele der Erfindung 5.1 Annahmen und Schlüsselsystemparameter 5.2 Bestimmung der Abtastrate (Abtastgeschwindigkeit) und Zeilenrate 5.2.1 Abtastgleichungen mit exakter Lösung für die Betriebsarten 1, 4 und 5 5.2.2 Gleichungen für polynomische Annäherung der Abtastung für die Betriebsarten 1, 4 und 5 5.2.3 Gleichungen für die Abtastung mit exakter Lösung für Betriebsarten 2 und 3 5.2.4 Polynomische Annäherung für Betriebsarten 2 und 3 5.3 Verfahren zur Korrektur des Bildelement-Seitenverhältnisses bzw. Bereichsverhältnisses 5.3.1 Ableitung bzw. Gewinnung 5.3.2 Realisierung
6. Schlußfolgerungen

1. Übersicht über die Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist ein System und ein Verfahren für nichtlineare Abtastung bei elektrooptischen Erkennungssystemen, um eine erhöhte Betriebsgeschwindigkeit des Flugzeugs bei einem bestimmten Niveau der Systemauflösung und der Vorwärtsüberlappung zu ermöglichen. Bei der vorliegenden Erfindung werden vorteilhafterweise die Erhö hungen bei der Nahfeldauflösung bei Anwachsen der Abtastgeschwindigkeit im Nahfeld unter Aufrechterhaltung einer gegebenen Leserate der Brennebenenanordnung (typischerweise der maximalen Rate) ausgenutzt. Damit kann die gesamte Abtastgeschwindigkeit vergrößert werden, ohne daß die Systemauflösung beeinträchtigt wird. Da die gesamte Abtastgeschwindigkeit vergrößert wird, kann die Flugzeuggeschwindigkeit V vergrößert werden, während eine bestimmte Vorwärtsüberlappung beibehalten wird.
Während die Leserate der Brennebenenanordnung (bzw. Brennebenenarray, FPA) konstant gehalten wird, wird bei zunehmender Abtastgeschwindigkeit eine größere Fläche der Szene in der Richtung quer zur Spur je Auslesung der Brennebenenanordnung abgebildet. Da sich die Abtastgeschwindigkeit vergrößert, wenn das System das Nahfeld abtastet, wird eine größere Fläche der Szene zwischen den Auslesungen der Brennebenenanordnung im Nahfeld abgebildet, als es beim Fernfeld der Fall ist. Als Ergebnis ist das winkelmäßige Gesichtsfeldverhältnis (Aspekt-Verhältnis) der Bildelemente innerhalb eines einzelnen Bilds nicht konstant 1:1. Folglich wird das resultierende Bild verzerrt. Das Bild wird in der Richtung quer zur Spur längsgestreckt (mit Bezug zu der Richtung entlang der Spur). Das Ausmaß der Verlängerung vergrößert sich (im Nahfeld), wenn sich die Abtastgeschwindigkeit vergrößert. Tatsächlich werden die Bildelemente in der Richtung quer zur Spur dadurch verlängert, daß ihre Winkelabmessung größer wird. Wenn jedoch das Bild betrachtet wird, erscheint es "gequetscht". Das gequetschte bzw. gestauchte Erscheinungsbild ist im Nahfeld noch deutlicher.
Um ein endgültiges Produktbild mit einem Winkel-Seitenverhältnis bzw. -Bildformat von 1:1 (d.h. verzerrungsfrei) überall innerhalb des Bilds bereitzustellen, wird das Bild während der Bildverarbeitung korrigiert.
Somit schafft die vorliegende Erfindung ein verbessertes Systemverhalten bzw. Leistungsvermögen eines elektrooptischen LOROP-Systems, indem eine nichtlineare Abtastung zur vorteilhaften Ausnutzung einer vergrößerten Nahfeldauflösung durchgeführt wird und die Bilddaten elektronisch zur Korrektur der nichtlinearen Abtastrate korrigiert werden.
2. Terminologie
In der nachstehenden Tabelle 1 sind die Definitionen der in dieser Anmeldung verwendeten Ausdrücke und Symbole aufgelistet. Die Ausdrücke in Tabelle 1 sind derart geordnet, daß sie lediglich unter Bezugnahme auf solche Ausdrücke definiert sind, die bereits zuvor in der Tabelle definiert wurden.
Manche der in Tabelle 1 aufgelisteten Ausdrücke wurden schon vorstehend in dieser Anmeldung definiert. Die Definition dieser Ausdrücke wird in Tabelle 1 wiederholt.
In dieser Anmeldung sind die Ausdrücke "Abtastrate" und "Abtastgeschwindigkeit" austauschbar verwendet. Diese Ausdrücke beziehen sich auf die winkelmäßige Geschwindigkeit, mit der die Kamera abgetastet wird.
Tabelle 1
3. Die Erfindung und ihre Umgebung
Die vorliegende Erfindung wurde für den Einsatz zusammen mit dem taktischen elektrooptischen Weitbereichs-Sensorsystem F-979H entwickelt, das durch Loral Fairchild Systems, Syosset, New York entwickelt wurde. Dieses Sensorsystem kann in einer Vielzahl von Flugzeugen oder in einer Erkennungs-Bausteingruppe, vorzugsweise unterhalb der Tragfläche oder in einem anderen, derartigen Luftfahrzeug montiert werden. Der Kern dieses Systems ist ein Systembildsensor (Systems Imaging Sensor), der eine Abbildungs-LRU (zeilenersetzbare Einheit = line replaceable unit (LRU)) und drei elektronische LRUs bzw. Zeilenersetzungseinheiten enthält. Eine zusätzliche Ausstattung kann eine Erkennungsmanagementeinheit enthalten, die schnittstellenmäßig mit dem Flugzeug, einer Steuertafel, optischen Anzeigen und einem Datenaufzeichnungsgerät während des Flugs bzw. einem Flugdatenschreiber gekoppelt ist.
Ein Bodendatensystem, das als eine EO-LOROPS-Bodenstation bezeichnet wird, wird zur Verarbeitung der Bilddaten in Echtzeit, zur Bereitstellung sichtbarer Anzeigen der Bilddaten, zur Aufzeichnung digitaler Daten auf Aufzeichnungsgeräten und zur Aufzeichnung sichtbarer Bilder auf Film eingesetzt.
4 zeigt ein verallgemeinertes Blockschaltbild, das eine repräsentative Umgebung bzw. Anordnung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Typische luftgestützte Komponenten gemäß der vorliegenden Erfindung können innerhalb des Flugzeugs 102 oder innerhalb einer Erkennungsbaugruppe montiert sein. Der luftgestützte Abschnitt enthält elektrooptische Komponenten 412, Aufzeichnungsgeräte 414 für die Aufzeichnung während des Flugs und einen Luft-Boden-Sender 416. Bei einem Ausführungsbeispiel wird der Luft-Bo den-Sender 416 nicht eingesetzt. Daten werden an Bord des Flugzeugs gespeichert und zu der Bodenstation geliefert.
Elektrooptische Komponenten 412 enthalten eine Brennebenenanordnung, optische Komponenten, Fokussier- und Belichtungssteuerung, optionale Datenkompression, Computer-Hardware und -Software sowie elektronische Verarbeitungseinrichtungen. Die elektrooptischen Komponenten empfangen optische Information der abgetasteten Szene und stellen ein elektronisches Signal 424 bereit, das die optische Szene repräsentiert. Das elektronische Signal 424 wird unter Einsatz eines optionalen Aufzeichnungsgeräts 414 zur Aufzeichnung während des Flugs aufgezeichnet.
Der Luft-Boden-Sender 416 wird zum Übertragen von abgetasteter Bildinformation vom Flugzeug 102 zu einer Bodenstation 402 eingesetzt. Eine derartige Übertragung wird durch ein Luft-Boden-Datenkoppelglied bzw. eine Datenverbindung 422 erreicht. Einzelheiten der Blöcke 412 bis 416 werden im weiteren Text im Zusammenhang mit 7 erläutert.
Die Bodenstation 402 enthält einen Datenkopplungsempfänger 432, eine digitale Bilddatenverarbeitung 434 und eine Anzeige 436. Der Datenkopplungsempfänger 432 empfängt Bilddaten auf einem Träger über die Luft-Boden-Datensignalverbindung 422, beseitigt den Träger und leitet die verbleibenden digitalen Bilddaten zur Verarbeitung über bzw. als ein elektronisches Signal 426 weiter. Wahlweise werden die digitalen Bilddaten am Ausgang des Empfängers 432 aufgezeichnet.
Eine solche Aufzeichnung wird zu Archivierungszwecken oder für eine Verarbeitung später als in Echtzeit (offline) durchgeführt.
Die digitale Bilddatenverarbeitung bwz. Verarbeitungseinrichtung 434 kann so gestaltet sein, daß sie eine Mehrzahl von Datenverarbeitungsfunktionen bereitstellt. Das Gesamtziel der digitalen Bilddatenverarbeitung besteht in der Umsetzung von digitalen Bilddaten in ein verwendbares sichtbares Bild.
Eine alternative Umgebung bzw. Auslegung kann in Betracht gezogen werden, bei der die digitale Bildverarbeitung nicht in der Bodenstation 402, sondern in dem Flugzeugin der Bausteingruppe durchgeführt wird. Es kann auch eine zusätzliche alternative Umgebung bzw. Ausgestaltung in Betracht gezogen werden, bei der das elektronische Signal nicht über die Luft-Boden-Datensignalverbindung 422 übertragen, sondern stattdessen auf einem transportablen Medium aufgezeichnet wird. Bei der Ausgestaltung wird das elektronische Signal 424 aus dem Medium ausgelesen und im Anschluß an den Flugvorgang verarbeitet. Bei diesen Alternativen wird das Erfordernis einer Luft-Boden-Datensignalverbindung und ihrer zugehörigen Hardware vermieden.
4. Nichtlineare Abtastung
Das Systemleistungsverhalten eines LOROP-Systems wird oftmals anhand eines Bildinterpretierbarkeit-Beurteilungsskalenwerts (IIRS-Wert = Image Interpretability Rating Scale -IIRS -) spezifiziert. Der IIRS-Wert bzw. Beurteilungsskalenwert ist ein quantitatives, wenn auch teilweises subjektives Maß der Bildqualität. Er ist eine Funktion der Schrägentfernung p_slant, der Höhe A, der Systemauflösung, der atmosphärischen Sichtbarkeit bzw. Sichtbedingungen und der Sonnenbestrahlung. Ein bestimmter Beurteilungsskalenwert ist typischerweise als ein Bereich von bodenaufgelösten Abständen (GRD = ground resolved distances) bei einer gegebenen Schrägentfernung R an beliebiger Stelle innerhalb eines gegebenen Vollbilds definiert. Typische IIRS-Beurtei lungswerte und ihre zugehörigen GRD-Werte sind auf den Seiten 58 bis 65 des beigefügten Anhangs aufgelistet.
GRD ist als das minimale Testzielelement definiert, das auf dem Boden aufgelöst wird. Generell muß das System den Boden mit dem zweifachen Wert des Werts GRD abtasten. Folglich ist die Bodenabtaststrecke bzw. Bodenabtastentfernung GSD (= ground sample distance) GRD = 2·GSD.
Anders ausgedrückt muß der Boden bei jedem halben Fuß (bzw. alle 15 cm) abgetastet werden, um unter schlechtesten Bedingungen ein Ziel mit der Größe von ca. 30 cm (ein Fuß) aufzulösen.
Um einen gegebenen Beurteilungsskalenwert IIRS zu erfüllen, kann angenommen werden, daß die Abtastgeschwindigkeit der Kamera auf eine Rate beschränkt ist, bei der die Kamera die Strecke von lediglich einem durch den Wert IIRS spezifizierten Wert GSD zwischen bzw. bei jedem Lesezyklus der Brennebenenanordnung FPA durchquert. Anders ausgedrückt muß die Information in der Brennebenenanordnung zur Erfüllung einer bestimmten IIRS-Anforderung bei der vertikalen Auflösung jedesmal gelesen werden, wenn die Vertikalabtastung die Brennebenenanordnung zur Durchquerung einer vertikalen Strecke von einer Hälfte des durch den IIRS-Wert spezifizierten bodenaufgelösten Abstands GRD veranlaßt. Wenn sich die vertikale Abtastgeschwindigkeit vergrößert, muß sich auch die Rate, mit der die Information in der Brennelementanordnung gelesen wird, vergrößern. Da die Rate, mit der die Information in der Brennelementanordnung gelesen werden kann, durch Detektortechnologien beschränkt ist, ist die vertikale Abtastgeschwindigkeit in der Praxis auf eine maximale Rate begrenzt.
Da die vertikale Abtastgeschwindigkeit in der Praxis ein Maximum erreicht und da eine Erhöhung der vertikalen Abtastgeschwindigkeit erforderlich ist, um die Vorwärtsüberlappung 206 beizubehalten, wenn sich die Geschwindigkeit V des Flugzeugs 102 vergrößert, ist die Geschwindigkeit V auf ein Maximum bzw einen maximalen Wert beschränkt.
Die durch jedes Bildelement der Brennebenenanordnung FPA selektierte Fläche der Szene (d.h. die durch jedes Bildelement projizierte Fläche) zu irgendeinem gegebenen Zeitpunkt ist als die Abtastgröße definiert. Wie vorstehend angegeben, wird die EO-Kamera derart abgetastet, daß die Projektion jedes Bildelements über die Szene in der Richtung quer zur Spur bewegt wird. Diese Abtastung führt dazu, daß die Szene in Streifen abgebildet wird, wie vorstehend erläutert wurde.
Während die Kamera abgetastet wird, wird ein Szenenbild auf der Brennebenenanordnung fokussiert. Die Brennebenenanordnung wandelt dieses Szenenbild in eine elektrische Ladungsdarstellung der optischen Information um. Brennebenenanordnungen FPA sind dem Fachmann bekannt. Die elektrische Ladungsinformation in der Brennebenenanordnung wird in herkömmlicher Weise periodisch während einer Lesung bzw. während eines Lesezyklus der Brennebenenanordnung ausgelesen.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Szenenbild eine optische Information im sichtbaren Spektrum (d.h. Licht). Es können andere Ausführungsbeispiele in Betracht gezogen werden, bei denen die erfaßte Szenenenergie eine andere Wellenlänge wie etwa Infrarot besitzt. Für den Fachmann ist offensichtlich, wie er die Detektortechnologie, die optischen Komponenten und Filter zur Optimierung des Systemleistungsvermögens bei einer gewünschten Betriebswellenlänge zu wählen hat.
Die Fläche, die durch die überstrichene projizierte Änderung des Winkels (bezogen auf den Boden) zwischen Auslesungen der Brennebenenanordnung überdeckt bzw. abgedeckt wird, wird als die Bodenabtaststrecke bzw. der Bodenabtastabstand (GSD = ground sample distance) bezeichnet. Folglich enthält jeder Streifen mehere Bodenabtaststrecken GSD. Die Bodenabtaststrecke GSD ist eine Funktion der Bildelementgröße, der Brennweite des Systems, der Abtastgeschwindigkeit der Kamera und der Schrägentfernung pslant. Wenn sich die Schrägentfernung p_slant verringert, nimmt auch der Wert GSD ab. Daher erhöht sich die Auflösung bei einer Verringerung der Schrägentfernung pslant. Als Ergebnis verringern sich auch der Wert GRD für eine gegebene Abtastgeschwindigkeit und die Leserate der Brennebenenanordnung.
Die Schrägentfernung p_slant zwischen dem Flugzeug und der Probe bzw. Abtastung nimmt ab, wenn die Abtastung vom Fernfeld-Abtastpunkt zum Nahfeld-Abtastpunkt durchgeführt wird. Jedoch besteht kein Erfordernis einer verbesserten Auflösung (über den bestimmten Wert GRD hinaus) bei der Nahfeld-Abtastung. Um das Leistungsvermögen bei einem bestimmten Wert von IIRS quer über das gesamte Abdeckfeld 202 quer zur Spur sicherzustellen, muß der spezifizierte Wert von GRD für einen gewünschten Wert IIRS bei dem dem schlechtesten Fall entsprechenden Punkt erfüllt sein, der dem Fernfeld-Abtastpunkt entspricht. Die verbesserte Auflösung beim Nahfeld-Abtastpunkt ergibt einen besseren Wert von IIRS, was jedoch nicht von praktischem Nutzen ist, da der spezifizierte bzw. geforderte Wert von IIRS bereits erfüllt wurde.
Die vorliegende Erfindung macht sich jedoch vorteilhafterweise dieses verbesserte Nahfeld-Auflösungsvermögen zunutze, um das bei herkömmlichen Systemen vorhandene Problem der Beschränkung der Abtastrate zu überwinden. Da der Wert GSD im Nahfeld abnimmt, kann die Kamera schneller abgetastet werden (bei einer gegebenen Leserate der Brennebenenanordnung), um dieselbe Größe des Werts GSD im Nahfeld zu erreichen, wie er auch im Fernfeld bei der langsameren Abtastrate erzielt wurde.
Eine schnellere Abtastung im Nahfeld vergrößert die gesamte Abtastrate der Kamera. Als Ergebnis kann die Geschwindigkeit V des Flugzeugs (und die Größe der Abdeckung her zur Spur) bei einer gegebenen Anforderung an den Wert IIRS und einer gegebenen Leserate der Brennebenenanordnung den Wert überschreiten, auf den sie bei herkömmlichen Systemen begrenzt war.
5. Ausführungsbeispiele der Erfindung
Wie vorstehend erläutert, baut die vorliegende Erfindung auf dem Umstand auf, der andernfalls zu erhöhter Auflösung im Nahfeld führen würde, um eine Vergrößerung der Abtastgeschwindigkeit der Kamera dann, wenn sich die Abtastung in das Nahfeld bewegt, zu ermöglichen. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung werden Bilddaten, die unter Verwendung einer erhöhten Abtastgeschwindigkeit (nichtlineare Abtastung) gesammelt werden, auf dem Boden korrigiert, um die geometrischen Auswirkungen dieser nichtlinearen Abtastung zu beseitigen. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm, das einen bevorzugten Verarbeitungsablauf gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. 7 zeigt ein Blockschaltbild, das ein bevorzugtes System gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die 3 und 7 erläutert.
In einem Schritt 302 werden Berechnungen zur Bestimmung von Systembetriebsparametern wie etwa der Kameraabtastrate und den Leseraten der Brennebenenanordnung bei einem gewünschen Wert von IIRS und gegebenen Betriebsparametern wie etwa der Geschwindigkeit V des Flugzeugs durchgeführt.
Diese Berechnungen werden ohne Beschränkungen hinsichtlich der Abtastrate ausgeführt. Eine zugehörige Leserate der Brennebenenanordnung, die zur Erfüllung der Leistungsspezifikationen (insbesondere der Auflösung) bei der bestimmten Abtastrate erforderlich ist, wird berechnet. Bei schnelleren Kamera-Abtastraten muß auch die Leserate der Brennebenenanordnung schneller sein. Bei Kamera-Abtastraten oberhalb eines gewissen Werts muß die Brennebenenanordnung mit einer Rate gelesen werden, die schneller ist als es die Detektortechnologie erlaubt. Diese Abtastrate wird als "Schwellwert"-Rate bezeichnet.
Falls die geforderte Leserate der Brennebenenanordnung innerhalb der Systemfähigkeiten liegt, kann die Abtastgeschwindigkeit der Kamera während der gesamten Abtastung konstant sein. Falls andererseits die gewünschte Leserate der Brennebenenanordnung schneller ist als es das System handhaben kann, muß die Abtastgeschwindigkeit als eine Funktion der Zeit verändert werden. Anders ausgedrückt wird zur Erzielung von Abtastraten oberhalb des Schwellwerts eine nichtlineare Abtastung eingesetzt, wodurch die Abtastgeschwindigkeit vergrößert wird, wenn die Kamera das Nahfeld abtastet.
In einem Schritt 303 wird dann, wenn die Abtastrate oberhalb der Schwellwertrate liegt, eine nichtlineare Abtastgeschwindigkeit bestimmt.
In einem Schritt 304 wird die Kamera entlang der abzubildenden Szene mit der Abtastgeschwindigkeit abgetastet, die im Schritt 302 (oberhalb des Schwellwerts) oder im Schritt 303 (oberhalb des Schwellwerts) bestimmt wurde. Die Kamera-Abtastung kann unter Verwendung einer rotierenden Prismenanordnung 702, einer beweglichen Kamerahalterung, einem rotierenden Kamerafaß oder einer Anzahl von anderen Abtasttechniken erzielt werden. Diese Techniken zur Abta stung einer Kamera über eine Szene hinweg sind dem Fachmann bekannt.
In einem Schritt 306 wird ein Bild der Szene auf einer Brennebenenanordnung FPA 704 des Systems fokussiert, während die Kamera über die Szene hinweg abgetastet wird. Die Brennebenenanordnung 704 wandelt das Bild (sichtbar, Infrarot, elektromagnetisch oder dergleichen) in elektrische Ladungsinformation 722 um. Die elektrische Ladungsinformation 722 wird durch eine elektronische Haupteinheit 706 verarbeitet, um ein physikalisches elektronisches Signal 422A bereitzustellen, das die auf der Brennebenenanordnung fokussierte Bildinformation repräsentiert. Anders ausgedrückt, "photographiert" die Kamera die Szene elektronisch im Schritt 306.
Eine optimale Datenkompression kann durch eine Datenkomprimiereinheit 708 bewirkt werden, um die digitalen Bilddaten im elektronischen Signal 424A zu komprimieren. Durch die Datenkomprimierung wird ein Signal 424B erzeugt.
Die Bilddaten werden zum Boden für eine Verarbeitung übertragen, wie sie vorstehend unter Bezugnahme auf 4 erläutert wurde. Falls eine Datenkomprimierung eingesetzt wurde, müssen die Daten nach Empfang dekomprimiert bzw. expandiert werden.
Als Ergebnis werden die digitalen Bilddaten im elektronischen Signal 424A in einem bzw. in Form eines elektronischen Signals 426 bereitgestellt.
In einem Schritt 308 werden digitale Bilddaten im elektronischen Signal 426 in einer Bildverarbeitungseinheit 710 verarbeitet, um ein Bild der Szene zu erzeugen, wie sie durch die Kamera "photographiert" wurde. Diese Verarbeitung umfaßt die Umwandlung der digitalen Bildinformation im elektronischen Signal 426 in ein Datensignal 724 für ein sichtbares Bild, das auf einem Monitor oder einer anderen Einrichtung angezeigt oder als Hartkopie bereitgestellt werden kann.
In einem Schritt 310 wird das Bildelement-Seitenverhältnis des Datensignals 724 für ein sichtbares Bild durch eine Seitenverhältnis-Korrektureinheit 712 korrigiert, um die Auswirkungen der nichtlinearen Abtastung zu kompensieren. Das Bildelement-Seitenverhältnis ist das Verhältnis von der Breite zur Höhe.
In einem Schritt 312 wird das im Schritt 308 verarbeitete Bild auf einem Monitor oder einer anderen Einrichtung 436 angezeigt, als Hart- bzw. Dauerkopie ausgedruckt oder in einer Datenbank 714 für spätere Rückgewinnung gespeichert.
Die vorstehende, auf 3 Bezug nehmende Diskussion entspricht einer schematisierten Erläuterung der Schlüsselschritte bzw. wesentlichen Schritte der vorliegenden Erfindung. Die Schritte 302, 303 und 308 sind für einen erfolgreichen Betrieb in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wesentlich. Diese Schritte werden in größeren Einzelheiten in den nachfolgenden Unterabschnitten beschrieben.
Bei den vorstehend erläuterten Schritten 302 und 303 bestimmen das System und das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung die gewünschte Abtastgeschwindigkeit. Um Leistungs-Zielsetzungen zu erfüllen, sammelt das EO-Kamerasystem gemäß der vorliegenden Erfindung seine Bilddaten in einer solchen Weise, daß das winkelmäßige Seitenverhältnis der Bildelemente innerhalb eines einzelnen Bilds nicht konstant 1:1, sondern variabel ist (d.h. die Abtastgeschwindigkeit ist nichtlinear). Dies führt zu einem Bild, das verzerrt ist. Jedoch ist es wünschenswert, ein verzerrungsfreies endgültiges Bild mit Bildelementen bereitzustellen, deren winkelmäßiges Seitenverhältnis an jeder Stelle innerhalb des Bilds 1:1 beträgt. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dies im Schritt 308 dadurch erreicht, daß das variable Bildelement-Seitenverhältnis in dem EO-LOROPS-Bodenerforschungssystem (GES = Ground Exploitation System) korrigiert wird.
Um diese Korrektur rasch genug durchzuführen, um mit dem ankommenden Datenfluß Schritt zu halten, sollte die Korrektur berechnungsmäßig einfach gehalten werden. Allerdings sind die Gleichungen für die winkelmäßige Abtastgeschwindigkeit des Kamerasytems üblicherweise verhältnismäßig komplex. Um die erforderlichen Berechnungen zu vereinfachen, können die Kameraabtastungsgleichungen exakt unter Heranziehung eines quadratischen Polynoms beim Depressionswinkel angenähert werden. Dies ermöglicht dem System die Erfüllung seiner Leistungszielvorgaben, während gleichzeitig ein berechnungsmäßig einfacher Vorgang der Korrektur des Bildelement-Seitenverhältnisses erzielt wird.
In den nachstehenden Unterabschnitten dieser Anmeldung ist die Bestimmung der Abtastgeschwindigkeit gemäß den Schritten 302 und 303 und die Korrrektur des Bildelement-Seitenverhältnisses gemäß Schritt 308 in größeren Einzelheiten erläutert.
Im Unterabschnitt 5.1 dieser Anmeldung sind die Annahmen dargelegt, die bei der Bestimmung der Beziehungen zwischen der Abtastgeschwindigkeit und der Bildkorrektur herangezogen werden. Im Unterabschnitt 5.1 sind auch essentielle Systemparameter diskutiert. Im Unterabschnitt 5.2 der Anmeldung sind die Gleichungen für eine exakte winkelmäßige Abtastgeschwindigkeit, die für jede der fünf Betriebsarten gewünscht ist, und die Vorgehensweise beschrieben, die zur Approximierung derselben mittels eines quadratischen Polynoms des Depressionswinkels eingesetzt wird. Im Unterabschnitt 5.3 ist die Prozedur beschrieben, die zur Durchführung einer raschen Korrektur des Bildelement-Seitenverhältnisses eingesetzt wird.
5.1 Annahmen und wesentliche Systemparameter
Gewisse Annahmen können getroffen werden, um die erforderlichen Berechnungen zu vereinfachen. In diesem Abschnitt ist eine Liste der Annahmen beschrieben, die bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden.
Die erste, herangezogene Annahme besteht darin, daß die Erde flach ist. Durch diese Annahme werden die Abtastgeschwindigkeitsgleichungen und folglich die Korrekturgleichungen erheblich vereinfacht.
Die zweite Annahme besteht darin, daß kein Querwind bzw. Seitenwind vorhanden ist. Dies erlaubt die Annahme, daß die Bewegung des Flugzeugs vollständig in der Richtung entlang der Spur erfolgt und keine Bewegungskomponente in der Richtung quer zur Spur vorhanden ist. Anders ausgedrückt besteht die zweite Annahme darin, daß kein Schiebewinkel vorliegt.
Die dritte Annahme besteht darin, daß das Flugzeug während der Dauer jeder Abtastung stillsteht.
Die vierte Annahme besteht darin, daß bei sehr kleinen Winkeln der Wert des Winkels (Radian) anstelle des Sinus des Winkels eingesetzt werden kann. Diese vierte Annahme ist nichts anderes als eine häufig benutze mathematische Annäherung.
Die abschließende Annahme besteht darin, daß der zugeführte Depressionswinkel bei der Bestimmung einer Abtastung stets der maximale Depressionswinkel für die Abtastung ist.
Das EO-LOROP-Kamerasystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist im Stande, Bilddaten bzw. Bildbestandteile unter Heranziehung von fünf unterschiedlichen Betriebsarten in einer breiten Leistungsvermögen-Hüllkurve bzw. einem breiten Leistungsspektrum der Flugzeuggeschwindigkeit, der Höhe und des Depressionswinkels zusammenzutragen. In den Tabellen 2 und 3 sind repräsentative Systemparameter für ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufgelistet.
Die nachstehenden Gleichungen sind Gleichungen für die vorstehend angegebenen Kameraparameter, die im Gegensatz zu den gegebenen wie folgt berechnet werden:
Hierbei ist der Ausdruck "25,4 mm/in" lediglich eine Dimensionierungsumrechnungsangabe bei Verwendung von Zollangaben für die Brennweite f und besitzt bei Verwendung von metrischen Angaben den Wert 1.
Wie vorstehend angegeben, wird die vorliegende Erfindung anhand von fünf Betriebsarten beschrieben. Die spezifizierten fünf Betriebsarten besitzen jeweils unterschiedliche Parameter, wie in der nachstehenden Tabelle 4 aufgelistet. Zusätzliche Betriebsarten können in Betracht gezogen werden, bei denen alternative Systemparameter bestimmt werden.
Tabelle 4
5.2 Bestimmung der Abtastgeschwindigkeit und Zeilenrate
Wie vorstehend umrissen, werden die gewünschte Abtastgeschwindigkeit und die nichtlineare Abtastgeschwindigkeit in den Schritten 302 bzw. 303 bestimmt. Die Schritte 302 und 303 werden in diesem Abschnitt in größeren Einzelheiten unter Bezugnahme auf 5 erläutert.
In einem Schritt 502 wird die benutzte aktuelle Abtastzeit t_sused bestimmt. Die benutzte Abtastzeit t_sused ist die in Sekunden ausgedrückte Zeitdauer, während der das System während jedes Abtastzyklus tatsächlich die Szene abtastet. Die benutzte Abtastzeit ist ein Bruchteil der Abtastzeit t_s, die für die Abtastung der Szene während des Abtastzyklus zur Verfügung steht.
In einem Schritt 504 wird die Zeilenrate lr des Systems bestimmt und die Anzahl von Zeilen in der Abtastung berechnet. Die Zeilenrate lr des Systems ist die Rate, mit der Zeilen von Bildelementen durch das Kamerasystem erzeugt werden. Die Zeilenrate lr des Systems ist eine Funktion der gewählten Betriebsart.
In einem Schritt 506 wird eine Bildende-Zeit t_end bestimmt. Die Bildende-Zeit t_end ist die Zeit, die nach der Erzeugung der letzten vollständigen Bildzeile während der Abtastung verstrichen ist.
Falls die Zeilenrate lr bei einem Schritt 508 kleiner als oder gleich groß wie die maximale Zeilenrate lr_max ist, wird eine konstante Abtastgeschwindigkeit benutzt (Schritt 509). Falls jedoch die Zeilenrate lr die maximale Zeilenrate lr_max überschreitet, muß in einem Schritt 510 eine nichtlineare Abtastgeschwindigkeit berechnet werden und die Abtastgeschwindigkeit kann während der Abtastung vergrößert werden, wobei X_GSD konstant gehalten wird.
6 zeigt ein Flußdiagramm, in dem die Schritte gezeigt sind, die bei der Bestimmung der benutzten Abtastzeit tsused im Schritt 502 durchlaufen werden. Gemäß 6 wird in einem Schritt 602 die Schrägentfernung p_slant wie folgt bestimmt:
In einem Schritt 604 wird die Zykluszeit t_c berechnet. Um die Zykluszeit zu berechnen, wird der Abstand in Richtung der Spur im Nahfeld (Nahbereich) berechnet. Bei einem Depressionswinkel θ_dmax (Nahfeld) bildet die Kamera einen Abstand bzw. eine Entfernung in Richtung der Spur ab, der bzw. die gleich:
ist. Die Zykluszeit wird einfach als die Zeit gewählt bzw. bestimmt, die das Flugzeug benötigt, um sich um einen Bruchteil dieses Abstands in Richtung der Spur fortzubewegen. Ein Bruchteil dieses Abstands (im Gegensatz zu dem gesamten Abstand) wird herangezogen, um eine Vorwärtsüberlappung bereitzustellen. Falls die Zykluszeit t_c schneller bzw. kürzer ist als die Zeit, die benötigt wird, den Abstand in Richtung der Spur zu überdecken, überlappen sich die abgetasteten Streifen. Der benutzte Bruchteil ist durch (1 – ov) definiert, wobei ov eine Zahl ist, die kleiner ist als 1 und die Größe anzeigt, mit der sich die Bilder überlappen müssen. Beispielsweise wird bei ov = 0,12 eine Überlappung von 12 % bereitgestellt. Damit läßt sich die Zykluszeit wie folgt beschreiben:
Hierbei bezeichnen, wie auch schon bei den vorstehenden Gleichungen, der Ausdruck "ft" die Dimension "Fuß", der Ausdruck "nmile" "Nautische Meile" und "hr" die Abkürzung für "Stunde".
Bei praktischen Einsätzen gibt es eine untere Grenze t_cmin für die Zykluszeit t_c aufgrund der Tatsache, daß der Kameraabtastmechanismus eine maximale Drehgeschwindigkeit besitzt. Daher muß der berechnete Wert von t_c mit der unteren Grenze t_cmin verglichen werden. Falls t_c kleiner ist als t_cmin, wird die gewünschte Überlappung unter Heranziehung des nachstehenden Ablaufes geopfert bzw. geändert, um eine vernünftige Zykluszeit zu erzielen:
Falls ov kleiner ist als 0,12, ist ov auf 0,12 festzulegen und die Berechnung zu wiederholen.
Falls t_c weiterhin kleiner ist als t_cmin, oder falls ov ursprünglich kleiner ist als + 0,12, ist t_c gleich t_cmin festzulegen.
Die tatsächlich erzielte Überlappung kann dann aus der Zykluszeit unter Umstellung der vorstehenden Gleichung unter Auflösung für ov berechnet werden.
In einem Schritt 606 wird die Abtastzeit berechnet. Mit der gegebenen Zykluszeit t_c wird die zur Verfügung stehende Abtastzeit t_s dann wie folgt berechnet: ts = tc – td.
In einem Schritt 608 wird die benutzte tatsächliche Abtastzeit t_sused wie folgt berechnet:
Die benutzte Abtastzeit wird auf eine ganze Zahl von Millisekunden abgeschnitten, wobei bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel das luftgestützte System die Kameraabtastgeschwindigkeit mit Intervallen von einer Millisekunde erneuert. Alternative Ausführungsbeispiele können in Betracht gezogen werden, bei denen das luftgestützte System die Kameraabtastgeschwindigkeit mit anderen periodischen oder nichtperiodischen Intervallen erneuert.
Wenn die Abtastzeit t_sused im Schritt 502 bestimmt wurde, können die Zeilenrate und die Anzahl von Zeilen bei der Abtastung im Schritt 504 berechnet werden. Bei den Betriebsarten 2 und 3 ist die Zeilenrate stets lr_max und es ergibt sich die Anzahl von Bildzeilen bei der Abtastung zu nZeilen = (tsused × lr) auf ganze Zahl zu beschneiden.
Bei den Betriebsarten 1, 4 und 5 ist es gewünscht, Zeilen zu erzeugen, deren Winkel quer zur Spur θ_dll ist, der bzw. die zu der Überdeckung x_cov quer zur Spur, gerundet auf eine ganze Zahl, passen:
Die Zeilenrate lr wird als nächstes wie folgt derart berechnet, daß n_Zeilen erzeugt werden:
Falls die berechnete Zeilenrate lr_max übersteigt, muß die Zeilenrate auf lr_max begrenzt werden und die Abtastgeschwindigkeit muß nichtlinear variiert werden, derart, daß gilt: lr = min(lr, lrmax).
Die Anzahl von während der Abtastung erzeugten Zeilen beträgt daher: n_Zeilen = (lr·t_sused) auf ganze Zahl zu beschneiden.
Das Ergebnis wird auf eine ganze Zahl beschnitten, wobei irgendeine Teilzeile entfällt.
Die im Schritt 506 bestimmte Bildende-Zeit ist daher:
Die in dem Schritt 510 bestimmte nichtlineare Abtastgeschwindigkeit kann unter Heranziehung einer exakten Lösung oder einer polynomischen Annäherung bestimmt werden. Diese Bestimmungen werden in den nachstehenden Unterabschnitten diskutiert. Im Unterabschnitt 5.2.1 sind Abtastgleichungen mit exakter Lösung für die Betriebsarten 1, 4 und 5 beschrieben. Im Unterabschnitt 5.2.2 sind Abtastgleichungen für polynomische Annäherung für die Betriebsarten 1, 4 und 5 erläutert. In den Unterabschnitten 5.2.3 und 5.2.4 sind jeweils Abtastgleichungen mit exakter Lösung bzw. polynomischer Annäherung für die Betriebsarten 2 und 3 beschrieben.
5.2.1 Abtastgleichungen mit exakter Lösung für die Betriebsarten 1, 4 und 5
In diesem Abschnitt ist die exakte Lösung für die winkelmäßige Abtastgeschwindigkeit bei den Betriebsarten 1, 4 und 5 erläutert.
Falls die gemäß Abschnitt 4 berechnete gewünschte Zeilenrate kleiner als oder gleich groß wie lr_max ist, ist die winkelmäßige Abtastgeschwindigkeit der Kamera während der gesamten Abtastung konstant und ergib sich wie folgt: ω(t) = θdll·lr.
Bei der Abtastung mit dieser konstanten winkelmäßigen Abtastgeschwindigkeit werden Bildelemente mit dem gewünschten konstanten winkelmäßigen Seitenverhältnis (angular aspect ratio) erzeugt. θ_dmin kann exakt wie folgt berechnet werden: θdmin = θdmax – θdll·nZeilen.
Wie bei dem Schritt 508 dargestellt ist, wird dann, wenn die gewünschte Zeilenrate lr_max überschreitet, die winkelmäßige Abtastgeschwindigkeit der Kamera über die Zeit verändert und die erzeugten Bildelemente besitzen variable winkelmäßige Seitenverhältnisse, die durch das Bodenerforschungssystem GES korrigiert werden müssen.
Um zu erkennen, wie dies erfolgt, ist es hilfreich, zunächst im Detail die drei Schlüsselgleichungen zu untersuchen, die GSD in Richtung der Spur "i_GSD", GSD quer zur Spur "x_GSD" und GSD definieren:
GSD2 = iGSD·xGSD
Für gutes Leistungsverhalten über die gesamte Abtastung (bezogen auf GSD) wird ein gewisser Anteil der Auflösung in dem Nahbereich geopfert, um eine bessere Auflösung in dem Fernbereich (Fernfeld) zu erzielen. Um dies zu erreichen, wird die Abtastgeschwindigkeit in einer solchen Weise geändert, daß x_GSD konstant gehalten wird:
Wenn diese Gleichung nach ∂θd/∂t aufgelöst wird, ergibt sich eine winkelmäßige Abtastgeschwindigkeit von:
Die vorstehende Gleichung kann wie folgt vereinfacht werden:
Eine Umstellung für A ergibt:
Wenn die vorstehend angegebene Gleichung nach θ_d als eine Funktion der Zeit gelöst und dann differenziert wird, um ω(t) zu erhalten, ergibt sich:
Bei den vorstehenden Gleichungen wurde das Vorzeichen der Zeit umgekehrt, so daß es stets nicht negativ ist und die Abtastung verändert sich von θ_dmax auf θ_dmin, wenn t sich ausgehend von 0 vergrößert. Die Integrationskonstante c kann leicht berechnet werden, indem t = 0 und θ = θ_dmax in die Gleichung für C eingesetzt werden. θ_dmin kann dann genau berechnet werden, indem t_end in die Gleichung für θ _d(t) eingesetzt wird.
5.2.2 Abtastgleichunqen mit polynomischer Annäherung für die Betriebsarten 1, 4 und 5
Um eine quadratische polynomische Annäherung an die exakte Lösung für die winkelmäßige Abtastgeschwindigkeit bei den Betriebsarten 1, 4 und 5 zu ermitteln, werden drei Gleichungen mit drei Unbekannten aufgestellt. Die Gleichungen werden bezüglich der Koeffizienten gelöst. Es ist anzumerken, daß es wünschenswert ist, eine Näherung zu erhalten, bei der t bei 0 beginnt und sich unabhängig davon, ob die Abtastung eine Vorwärtsabtastung (θ_dmax zu θ_dmin) oder eine Rückwärtsabtastung (θ_dmin zu θ_dmax) ist, vergrößert. Daher wird bei der Aufstellung der Gleichungen für eine Vorwärtsabtastung die Zeit t_poly bei den Näherungsgleichungen verwendet sowie t_exact = t_poly bei den exakten Gleichungen benutzt. Bei dem Aufstellen der Gleichungen für eine Rückwärtsabtastung wird t_poly bei den Näherungsgleichungen und t_exact = (t_sused – t_poly) bei den exakten Gleichungen verwendet.
Es sind drei Gleichungen in bzw. mit drei Unbekannten der nachstehenden Form gewünscht: ωexact(texact) = a·tpoly 2 + b·tpoly + ct₀ wird zu 0 und Δt = t_sused festgelegt. Werte von t_poly = 0, t₀ + Δt/2, und t₀ + Δt sind aufzunehmen; t_exact ist wie vorstehend beschrieben zu berechnen, die Gleichungen sind aufzustellen; und es ist hinsichtlich a, b und c aufzulösen bzw. zu lösen. Das Ergebnis wird eine Näherungsgleichung für ω(t) in der Form ωpoly(tpoly) = a·tpoly 2 + b·tpoly + csein, wobei t unabhängig von der Abtastrichtung bei t₀ + Δt beginnt.
Dieses Verfahren kann zur Beinhaltung von Bildern mit konstantem winkelmäßigen Bildelement-Seitenverhältnis verallgemeinert werden, indem festgelegt wird: a = 0, b = 0 und c = θ_dll·lr.
5.2.3 Abtastgleichungen mit exakter Lösung für die Betriebsarten 2 und 3
In diesem Abschnitt werden die exakten Lösungen für die winkelmäßige Abtastgeschwindigkeit der Betriebsarten 2 und 3 vorgestellt.
Bei den Kamerabetriebsarten 2 und 3 werden Bilder in einer solchen Weise zusammengetragen, daß der Wert GSD in dem gesamten Bild konstant ist. Die Zeilenrate lr ist stets lr_max, die winkelmäßige Abtastgeschwindigkeit der Kamera verändert sich mit der Zeit und die erzeugten Bildelemente haben veränderbare winkelmäßige Seitenverhältnisse, die durch das GES-System zu korrigieren sind. Um zu veranschaulichen, wie dies erreicht wird, sollen zunächst im Detail die drei Schlüsselgleichungen untersucht werden, die den Wert GSD in Richtung der Spur "i_GSD", den Wert von GSD quer zur Spur "x_GSD" und GSD definieren:
iGSD·iGSD = GSD2
Um den Wert GSD stets konstant zu halten, kann die Abtastung x_GSD verändert werden, um die Veränderungen von i_GSD exakt zu kompensieren. Jedoch würde dies bei großen Depressionswinkeln zu sehr kleinen Werten von i_GDS und entsprechend großen Werten x_GSD führen. Wenn jedoch x_GSD sehr groß wird, kann ein sehr kleiner Wert von i_GSD nicht zur Kompensation eingesetzt werden. Das System ist daher auf den größeren Wert von i_GSD und x_GSD/2 beschränkt. Daher wird für größere Depressionswinkel x_GSD konstant gehalten, um den gewünschten Wert GSD beizubehalten (siehe Unterabschnitt 5.3 für die Werte von GSD bei den Betriebsarten 2 und 3):
Wenn diese Gleichung nach ∂θd/∂t aufgelöst wird, wobei gilt:
ergibt sich:
Es ist anzumerken, daß dies dieselbe Grundform wie die exakte Lösung für die Betriebsarten 1, 4 und 5 ist, wobei die Konstante A einen unterschiedlichen Wert besitzt. Unter Einsatz der Ergebnisse aus dem Unterabschnitt 5.4 ergibt sich:
Bei den vorstehenden Gleichungen wurde das Vorzeichen der Zeit t wiederum umgekehrt, so daß t stets nicht negativ ist und die Abtastung von θ_dmax zu θ_dmin fortschreitet, wenn sich t von 0 ausgehend vergrößert. Die Integrationskonstante C kann leicht berechnet werden, indem t = 0 und θ_d = θ_dmax in die Gleichung für C eingesetzt wird.
Die vorstehenden Gleichungen werden bei den Betriebsarten 2 und 3 eingesetzt, bis der Wert von i_GSD den Wert von x_GSD/2 erreicht. Der Depressionswinkel, bei dem dies auftritt, ist:
Es ist wichtig, anzumerken, daß die Bedingungen, die auftreten können, folgende sind: θ_dcutoff ≥ θ_dmax, θ_dmax > θ_dcutoff > θ_dmin, oder θ_dmin ≥ θ_dcutoff. Falls θ_dcutoff ≥ θ_dmax ist, werden die vorstehend angegebenen Gleichungen nicht herangezogen, da die Abtastung vollständig durch die nachstehend vorgestellten Gleichungen beschrieben wird. Falls θ_dmax > θ_dcutoff ist, kann nach t_cutoff aufgelöst werden, indem θ_dcutoff in die vorstehende Gleichung für t eingesetzt wird. Falls t_cutoff ≥ t_sused gilt, ist die Abtastung vollständig durch die vorstehend angegebenen Gleichungen definiert und es kann θ_dmin ermittelt werden, indem t_end in der Gleichung für θ_d(t) eingesetzt wird. Falls t_cutoff < t_sused gilt, ist θ_dmax > θ_dcutoff > θ_dmin, wobei der erste Teil der Abtastung durch die vorstehend angegebenen Gleichungen und der zweite Teil durch die nachstehend aufgeführten Gleichungen beschrieben wird.
Bei θ_dcutoff >= θ_dmin wird zugelassen, daß x_GSD variiert, um einen konstanten Wert von GSD beizubehalten, wobei die Veränderung wie folgt stattfindet:
Bei Auflösung der vorstehenden Gleichung für θ_d als Funktion der Zeit und anschließendes Differenzieren zum Erhalten von ω(t) erhält man:
Bei den vorstehenden Gleichungen wurde das Vorzeichen der Zeit t erneut umgekehrt, so daß t stets nicht negativ ist und die Abtastung von θ_dmax zu θ_dmin erfolgt, wenn sich t ausgehend von 0 vergrößert. Falls θ_dcutoff ≥ θ_dmax ist, kann die Integrationskonstante C leicht durch Einsetzen von t = 0 und θ_d = θ_dmax in die Gleichung für C berechnet werden. Falls θ_dmax > θ_dcutoff > θ_dmin ist, wird die Integrationskonstante C dann durch Einsetzen von t – t_cutoff und θ_d = θ_dcutoff in die Gleichung für C berechnet. θ_dmin kann durch Einsetzen von t_end in die Gleichung für θ_d(t) ermittelt werden.
5.2.4 Polynomische Näherung für die Betriebsarten 2 und 3
Um eine quadratische polynomische Näherung für die exakte Lösung für die winkelmäßige Geschwindigkeit bei den Betriebsarten 2 und 3 zu finden, werden drei Gleichungen mit drei Unbekannten aufgestellt und hinsichtlich der Koeffizienten gelöst. Falls die Abtastung vollständig entweder durch den ersten Satz oder den zweiten Satz der im Abschnitt 5.1 vorgestellten Gleichungen für die Betriebsart 2 und 3 beschrieben ist, muß lediglich ein Satz von Gleichungen gelöst werden. Falls jedoch θ_dmax > θ_dcutoff > θ_dmin ist, besteht die Abtastung aus zwei Teilen: dem ersten Teil, der durch die Gleichungen für konstantes GSD quer zur Spur beschrieben wird, und dem zweiten Teil, der durch die Gleichungen für variables GSD quer zur Spur beschrieben wird. Folglich müssen zwei Sätze von Gleichungen gelöst werden, um polynomische Annäherungen für jeden Teil der Abtastung zu erhalten.
Es ist wünschenswert, eine Näherung zu erzielen, bei der t bei 0 beginnt und sich unabhängig davon, ob die Abtastung eine Vorwärtsabtastung (θ_dmax zu θ_dmin) oder eine Rückwärtsabtastung (θ_dmin zu θ_dmax) ist, vergrößert. Daher wird beim Aufstellen der Gleichungen für eine Vorwärtsabtastung die Zeit t_poly bei den Näherungsgleichungen und t_exact = t_poly bei den exakten Gleichungen benutzt. Beim Aufstellen der Gleichungen für eine Rückwärtsabtastung wird t_poly bei der Näherungsgleichung und t_exact = (t_sused – t_poly) für die exakten Gleichungen herangezogen, wobei, wenn die Abtastung, wie vorstehend beschrieben, eine zweiteilige Abtastung ist, t_cutoff = (t_sused – t_cutoff) festzulegen ist.
Es ist erwünscht, (möglicherweise zwei Sätze von) drei Gleichungen in bzw. mit drei Unbekannten der nachstehenden Form zu haben: ωexact(texact) = a·tpoly 2 + b·tpoly + c.
Bei einer einteiligen Abtastung ist t₀ = 0 und Δt = t_sused zu setzen; bei einer zweiteiligen Abtastung sind zuerst die Gleichungen unter Heranziehung von t₀ = 0 und Δt = t_cutoff zu lösen und dann t₀ = t_cutoff und Δt = (t_sused – t_cutoff) einzusetzen. Werte von t_poly = t₀, t₀ + Δt/2 und t₀ + Δt sind aufzunehmen; t_exact ist in der vorstehend beschriebenen Weise zu berechnen; die Gleichungen sind aufzustellen und bezüglich a, b und c zu lösen.
Bei jedem Satz von Gleichungen ist das Ergebnis eine Näherungslösung für ω(t) mit der Form: ωpoly(tpoly) = a·tpoly 2 + b·tpoly + c.
Hierbei beginnt t bei t₀ und vergrößert sich unabhängig von der Richtung der Abtastung zu t₀ + Δt. Bei einer zweiteiligen Abtastung ist das erste Polynom heranzuziehen, falls t < t_cutoff ist, und das zweite, falls t ≥ t_cutoff ist.
5.3 Ablauf der Korrektur des Bildelement-Seitenverhältnis ses
Wie vorstehend beschrieben, werden im Schritt 308 das elektronische Signal, das die Bilddaten repräsentiert, verarbeitet und das Bildelement-Seitenverhältnis korrigiert. Die Korrektur des Seitenverhältnisses der Bildelemente wird nachstehend in Einzelheiten beschrieben. In diesem Unterabschnitt wird die Korrektur in zwei Schritten vorgestellt. Der erste Schritt besteht in der Ableitung bzw. Gewinnung der Korrektur, und der zweite Schritt stellt eine Realisierung des Verfahrens bzw. Ablaufs der Korrektur des Bildelement-Seitenverhältnisses dar.
5.3.1 Gewinnung
Das Bodenerforschungssystem EO-LOROPS GES muß verkleinerte Ansichtsbilder durch Mittelwertbildung der Bildelemente "on-the-fly", d.h. beim Durchlaufen (in Echtzeit) bilden, wenn Daten empfangen oder von einem diktalen Bandaufzeichnungsgerät wiedergegeben werden. Die verkleinerte Ansicht bzw. Darstellung muß in einen Bildelementpuffer für n_minif x n_minif Bildelemente passen (minif = Abkürzung für minified = verkleinert) und die Bildelemente in der verkleinerten Darstellung müssen ein winkelmäßiges Seitenverhältnis von 1:1 besitzen. Bei einem Bild, das unter Verwendung einer konstanten winkelmäßigen Abtastgeschwindigkeit zusammengestellt wurde, ist die Berechnung des Verkleinerungsfaktors verhältnismäßig einfach:
Bei einem Bild mit veränderlichen winkelmäßigen Bildelement-Seitenverhältnissen verändert sich jedoch der Mittelwertbildungsfaktor in der Zeilenrichtung (Richtung quer zur Spur), da der durch jede Linie repräsentierte Winkel variiert. Es ist somit eine Funktion gewünscht, die für jede Zeile in dem verkleinerten Betrachtungsbild anzeigt, wieviele Zeilen aus dem Bild mit voller Auflösung zu mitteln sind. Bei einer zweiteiligen Abtastung sind zwei derartige Funktionen erforderlich. Um diese Funktion zu ermitteln, wird zuerst n_avg unter Heranziehung von
anstelle von n_Zeilen berechnet:
Dieser Wert von n_avg wird als der Verkleinerungsfaktor in der Bildelement-Dimension bzw. -Richtung (Richtung entlang der Spur) herangezogen. Der dieser Anzahl von Bildelementen entsprechende Winkel ist: Δθminif = navg·θdet
Der nächste Schritt besteht in der Auffindung einer polynomischen Näherung dritter Ordnung für die Zeit t als Funktion des Winkels θ_poly, der seit Beginn der Abtastung abgetastet wurde. Durch Integration von: ω_poly(t_poly) = a·t_poly ² + b·t_poly + c ergibt sich:
Bei einer einteiligen Abtastung oder bei dem ersten Teil einer zweiteiligen Vorwärtsabtastung ist d = 0.
Für den zweiten Teil einer zweiteiligen Vorwärtsabtastung ist:
Für eine Rückwärtsabtastung ist (θ_cutoff – θ_dmin) für θ_dmax – θ_dcutoff) zu ersetzen und t_cutoff = (t_sused – t_cutoff) zu setzen. Die Koeffizienten a, b und c sind für den zweiten Teil der Abtastung. Es werden nun vier Gleichungen mit vier Unbekannten aufgestellt, um zu finden: t(θpoly) = at·θpoly 3(tpoly) + bt·θpoly 2(tpoly) + ct·θpoly(tpoly) + dt
Durch eine Reihe von Ersetzungen läßt sich nun eine Funktion n_lg der Zeilenanzahl l_minif in dem verkleinerten Betrachtungsbild ermitteln, die die Anzahl von Zeilen in dem Bild mit voller Auflösung angibt, das zur Erzeugung einer Zeile in dem verkleinerten Betrachtungsbild heranzuziehen sind: t(θpoly + Δθminif) – t(θpoly) = 3·at·Δθminif·θpoly 2 + (3·at·Δθminif + 2·bt)·Δθminif·θpoly + ((at·Δθminif + bt)·Δθminif + ct)·Δθminif wobei: θpoly = Iminif·Δθminif und:
Diese Ausdrücke können ersetzt bzw. eingesetzt werden, wodurch man zu folgenden Ausdrücken gelangt: Ifull(Iminif + 1) – Ifull(Iminif) = 3·at·Δθminif 3·Ir·Iminif 2 + (3·at·Δθminif + 2·bt)·Δθminif 2·Ir·Iminif + ((at·Δθminif + bt)·Δθminif + ct)·Δθminif·Ir
Um diese Gleichung in einfachen Ausdrücken darzustellen, wird definiert: alg =3·at·Δθmin if 3·lr blg = (3·at·Δθmin if + 2·bt)·Δθmin if 2·lr clg = ((at·Δθmin if + bt)·Δθmin if + ct)·Δθmin if·lr
Bei Einsetzen dieser Ausdrücke ergibt sich: nlg(lmin if) = alg·lmin if 2 + blg·lmin if + clg.
5.3.2 Realisierung
Wenn es Zeit ist, die Zeilenzahl l_minif (relativ zu 0) in dem verkleinerten Betrachtungsbild zu berechnen, wird die Funktion n_lg(l_minif) bewertet. Die am vorderen Ende angebrachte Elektronik in dem Bodenerforschungssystem GES bildet n_lg(l_minif) Zeilen mit voller Auflösung und führt eine Abwärts-Mittelwertbildung um n_avg in der Bildelement-Dimension bzw. -Richtung (Dimension entlang der Spur) und um n_lg(l_minif) in der Zeilendimension bzw. Zeilenrichtung (quer zur Spur) durch. Die Bewertung von n_lg(l_minif) kann ohne irgendwelche Multiplikationen innerhalb einer Schleife durchgeführt werden, wie es durch den nachstehenden Pseudo-Code demonstriert wird: nlg = (alg·l_initial + blg)·l initial + clg inc = alg·(2·l_initial + l) + blg for (l = l_initial; l < l_last; l++)/*note letter l, not number 1 */ nlg + = inc inc += 2·alg
Anmerkung:

/* bezeichnet Buchstabe l, nicht die Zahl 1 */
/* bei diesem Punkt ist nlg korrekt als aktueller Wert von 1 */

Im allgemeinen ist der Wert von n_lg(l_minif keine ganze Zahl, wobei es aber für eine schnelle hardwaremäßige Realisierung wünschenswert ist, eine ganze Zahl von Zeilen des Bilds voller Auflösung für die Erstellung jeder Zeile der verkleinerten Darstellung einzusetzen. Daher muß bei der Berechnung jeder Zeile der verkleinerten Ansicht n_lg(l_minif) auf die nächste ganze Zahl gerundet und der (positive oder negative) Fehlerbetrag zu dem nächsten Wert von n_lg(l_minif) hinzuaddiert werden. In dieser Weise "folgt" das korrigierte Bild einer exakt interpolierten Korrektur auf die nächste Anzahl von Zeilen mit voller Auflösung. Durch den nachstehenden Pseudo-Code wird die Korrektur des winkelmäßigen Bildelement-Seitenverhältnisses unter Heranziehung einer Arithmetik bzw. Berechnungsvorschrift unter Einsatz von verschobenen ganzen Zahlen mit 32-Bit erzielt.
Anmerkungen:

1.) ganze Zahlen mit 32 Bit, die für die Korrektur des Seitenverhältnisses benötigt werden, sind aufzubauen bzw. festzulegen. Die einzigen Zahlen mit Fließkomma sind "θ"-Symbole und Flttemp. Dies wird durch das luftgestützte System bewerkstelligt und die verschiedenen Zahlen mit 32 Bit werden in eine Vor-Bild-Datei (prf = pre-frame file) eingegeben. Die Vor-Bild-Datei prf enthält:
2)/*für jeden Teil der Abtastung */
3)/**Korrektur des winkelmäßigen Bildelement-Seitenverhältnisses durchführen. Dies erfolgt durch die vorderseitige Elektronik des Bodenbeobachtungssystems GES.
4)/*Parameter für diesen Teil der Abtastung bekommen */
5)/*Zeilen für verkleinerte Ansicht erzeugen*/
6)/*Bei diesem Punkt n_avg, n_lg _integer zur Durchführung der Mittelwertbildung einsetzen */

6.0 Kurzfassung
Auch wenn vorstehend verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung erläutert wurden, versteht es sich, daß diese lediglich als Beispiel vorgestellt wurden und keine Beschränkung des Schutzumfangs darstellen sollen.
Weiterhin ist anzumerken, daß ein Teil der Offenbarung der vorliegenden Unterlagen urheberrechtlichen Schutz genießt. Die Urheberrechte bleiben vorbehalten.
In den Offenbarungsgehalt vorliegender Anmeldung wird hiermit auch ausdrücklich der Offenbarungsgehalt der Zeichnungen und des nachstehenden Anhangs mit einbezogen.
Anhang

Beurteilungsskala für die Bildinterpretierbarkeit (IIRS = Imagery Interpretability Rating Scale)

Beurteilungskategorie 0
Für eine Interpretation aufgrund einer Wolkendecke, schlechter Auflösung usw. untauglich.
Beurteilungskategorie 1

Bodenauflösungsabstand: Größer als 9 Meter (> 29,5 Fuß)

– das Vorhandensein von größeren Flugzeugen auf einem Flugplatz erfassen.
– Oberflächenschiffe erfassen.
– Seehäfen und künstliche Häfen erfassen (einschließlich von Piers und Warenhäusern bzw. Lagerhäusern).
– Eisenbahnhöfe und Läden erfassen.
– Küsten und Landestrände erfassen.
– Oberflächen-Unterseeboote erfassen.
– Trainingsfelder für bewaffnete Artillerie-Bodentruppen erfassen.
– Stadtgebiete erkennen.
– Terrain erkennen.

Beurteilungskategorie 2

Bodenauflösungsabstand: 4,5 bis 9 Meter (14,45 bis 29, 5 Fuß)

– Brücken erfassen.
– Einrichtungen von Bodentruppen erfassen (einschließlich Trainingsflächen, Verwaltungs/Barackengebäuden, Fahrzeugaufbewahrungsgebäuden und Fahrzeugparkflächen).
– Flugplatzeinrichtungen erfassen (alle größeren Flugzeuge nach Typ, geradflüglig und mit geschwungenen/Delta-Flügeln, genau zählen).
– Häfen und künstliche Häfen erkennen (einschließlich großen Schiffen und Trockendocks).
Beurteilungskategorie 3 Bodenauflösungsabstand: 2,5 bis 4,45 Meter (8,2 bis 14,75 Fuß)
– Nachrichteneinrichtungen erfassen (Radio/Radar).
– Versorgungsdeponien erfassen (POL/Artilleriewaffen).
– Alle Flugzeuge mit geraden Flügeln, alle Flugzeuge mit geschwungenen Flügeln und alle Flugzeuge mit Delta-Flügeln erfassen und genau zählen.
– Kommando- und Kontroll-Headquarters erfassen.
– Boden-Boden und Boden-Luft-Waffenplätze erfassen (einschließlich Fahrzeugen und anderen Ausrüstungsstücken).
– Land-Minenfelder erfassen.
– Brücken erkennen.
– Oberflächenschiffe erkennen (zwischen einem Kreuzer und einem Zerstörer aufgrund der relativen Größe und der Bootskörpergestalt unterscheiden).
– Küsten und Landestrände erkennen.
– Eisenbahnhöfe und Läden erkennen.
– Flugplatzeinrichtungen identifizieren.
– Städtische Flächen identifizieren.
– Terrain identifizieren.

Beurteilungskategorie 4

Bodenauflösungsabstand: 1,2 bis 2,5 Meter (3,94 bis 8,2 Fuß)

– Raketen und Artillerie erfassen.
– Truppeneinheiten erkennen.
– Flugzeuge wie etwa FAGOT/MIDGET erkennen (wenn entfaltet).
– Waffenplätze erkennen (SSM/SAM). Zwischen Flugwaffentypen aufgrund des Vorhandenseins und der relativen Position von Flügeln und Steuerrippen unterscheiden.
– Kernwaffenkomponenten erkennen.
– Land-Minenfelder erkennen.
– Häfen und künstliche Hafenanlagen identifizieren.
– Eisenbahnhöfe und Läden identifizieren.
– Lastwägen bei Bodentruppeneinrichtungen als Last (Transporter)-, Flachbett oder Lieferwagen identifizieren.
– Einen KRESTA aufgrund der mit dem Heckflügel ausgerichteten Helikopter-Plattform und einen KRESTA II aufgrund der angehobenen Helikopter-Plattform (ein Deckniveau oberhalb des Heckflügels und mit dem Hauptdeck ausgerichtet) identifizieren.

Beurteilungskategorie 5

Bodenauflösungsabstand: 0,75 bis 1,2 Meter (2,46 bis 3,94 Fuß)

Das Vorhandensein von Identifizierungs-Buchstaben und Zahlen und alphabetischen Landbezeichnungen auf den Flügeln von großen Handels- oder Frachtflugzeugen erfassen, wobei die alphanumerischen Zeichen 90 cm hoch oder größer sind.

– Kommando- und Kontroll-Headquarters erkennen.
– Einen einzeln aufgestellten Panzer bei Bodentruppeneinrichtungen als leicht oder mittel/schwer identifizieren.
– Technische Analysen von Flugfeldeinrichtungen durchführen.
– Technische Analysen von städtischen Flächen durchführen.
– Technische Analysen des Terrains durchführen.

Beurteilungskategorie 6

Bodenauflösungsabstand: 40 bis 75 cm (1,31 bis 2,46 Fuß)

– Radio/Radaraustattung erkennen.
– Versorgungsdeponien erkennen (POL/Artilleriewaffen).
– Raketen und Artillerie erkennen.
– Brücken identifizieren.
– Truppeneinheiten identifizieren.
– FAGOT oder MIDGET aufgrund der Kabinendachkonfiguration bei einzelner Aufstellung erkennen.
– Die nachstehenden Bodentruppenausrüstungen identifizieren: Panzer T-54/55 bewaffnete Personentransporte BTR-50, AA-Gewehr 57 mm.
– Typenmäßig RBU-Installationen (beispielsweise Serie 2500), Torpedorohre (beispielsweise 53,34 cm/21 Zoll) und Boden-Luft-Geschoßabfeuerstellen auf einem KANIN DDG, CREVAG DTGESP oder KRESTA II identifizieren.
– Ein Unterseeboot der Klasse Romeo aufgrund des Vorhandenseins der Verkleidung für die Schnorcheleinführung und den Schnorchelauslaß identifizieren.
– Ein Unterseeboot der Klasse USG aufgrund des Fehlens der Verkleidung und des Auslasses identifizieren.

Beurteilungskategorie 7

Bodenauflösungsabstand: 20 bis 40 cm (0,66 bis 1,31 Fuß)

– Radargeräte identifizieren.
– Größere elektronische Komponenten typenmäßig auf einem KILDEN DTGS oder CASHIN DLG identifizieren.
– Kommando- und Steuer- Headquaters identifizieren.
– Land- Minenfelder identifizieren.
– Die generelle Konfiguration eines SSBN/SSGN-Unterseebootsegels einschließlich der relativen Anordnung eines oder mehrerer Brückenperiskope und der hauptsächlichen Elektronik-/Navigationsausstattung identifizieren.
– Technische Analysen von Häfen und künstlichen Hafenanlagen durchführen.
– Technische Analysen von Eisenbahnhöfen und Läden durchführen.
– Technische Analysen von Straßen durchführen.

Beurteilungskategorie 8

Bodenauflösungsabstand: 10 bis 20 cm (0,33 bis 0,66 Fuß)

– Versorgungsdeponien identifizieren (POL/Artilleriewaffen).
– Raketen und Artillerie identifizieren.
– Flugzeuge identifizieren.
– Geschoßwaffenplätze identifizieren (SSM/SAM).
– Oberflächenschiffe identifizieren.
– Fahrzeuge identifizieren.
– An der Oberfläche befindliche Unterseeboote identifizieren (einschließlich von Komponenten wie etwa der Hebelführung der Abschußrampe des Geschoßturms von Echo II SSGN und von größeren Elektronik-/Navigationsausstattungen nach Typ).
– Auf einem KRESTA II die Gestalt von größeren Komponenten von größeren elektronischen Ausstattungen und kleineren elektronischen Ausstattungen typenmäßig identifizieren.
– Glieder (Arme, Beine) einer Person identifizieren.
– Technische Analysen von Brücken durchführen.
– Technische Analysen von Truppeneinheiten durchführen.
– Technische Analysen von Küsten und Landestränden durchführen.

Beurteilungskategorie 9

Bodenauflösungsabstand: kleiner als 10 cm (kleiner als 0,33 Fuß)

– Im Detail die Konfiguration einer Mündungsbremse einer Haubitze D-30 identifizieren.
– Im Detail die Konfiguration von Torpedorohren und AA-Gewehrgestellen (einschließlich Gewehrdetails) auf einem KILDEN DDGS identifizieren.
– Im Detail die Konfiguration eines Kommandoturms einer ECHO II SSGN einschließlich der detaillierten Gestalt von elektronischen Nachrichtengeräten und Navigationsgeräten identifizieren.
– Technische Analysen von Radio/Radargeräten durchführen.
– Technische Analysen von Versorgungsdeponien durchführen (POL/Artilleriewaffen).
– Technische Analysen von Raketen und Artillerie durchführen.
– Technische Analysen von Geschoßwaffenplätzen durchführen.
– Technische Analysen von Kernwaffenkomponenten durchführen.

Definitionen
Die nachstehenden Ausdrücke und Definitionen werden lediglich für die Zwecke dieses Anhangs verwendet.
Bodenauflösungsabstand: Der Bodenauflösungsabstand (GRD) ist das minimale Testzielelement, das auf dem Boden aufgelöst wird. Bei einem System, das einen Bodenauflösungsabstand von ca. 30 cm (1 Fuß) besitzt, hat der kleinste Streifen bzw. die kleinste Stange des Testziels, der bzw. die im besten Falle unterscheidbar ist, eine physikalische Breite von ca. 15 cm (0,5 Fuß). (Ein 3-Stangen- bzw. 3-Streifen-Testziel wurde zur Bestimmung von GRD und nachfolgend zur Kallibrierung der Bildinterpretierbarkeits-Beurteilungsskala eingesetzt.)
Bodenauflösung: Die Bodenauflösung ist ein Ausdruck, der bei der Interpretation von Fotos benutzt wird, und stellt eine subjektive zahlenmäßige Bewertung der beschränkenden Größe von auf einem Film abgebildeten Bodenobjekten dar. Für ihre Bestimmung ist ein Testziel erforderlich und sie kann gegebenenfalls nicht gleichgewichtig mit dem Bodenauflösungsabstand sein. Das Ausmaß, mit dem eine Person Bodenobjekte erfassen, erkennen und identifizieren kann, führt zu seiner Bewertung der Bodenauflösung.
Erfassung: Bei der Bildinterpretation bedeutet dies das Entdecken des Vorhandenseins eines Objekts, ohne das Objekt jedoch erkennen zu können.
Erkennung: Die mit beliebigen Mitteln erfolgende Bestimmung des freundlichen oder feindlichen Charakters der Individualität eines weiteren, oder von Gegenständen wie etwa Flugzeugen, Schiffen, Panzern oder einer Erscheinung wie etwa von Kommunikations-oder elektronischen Mustern.
Identifizierung: Bei der Bildinterpretation die Unterscheidung zwischen Objekten innerhalb eines bestimmten Typs oder einer bestimmten Klasse.
Technische Analyse: Die Fähigkeit zur exakten Beschreibung eines Merkmals, Objekts oder einer Komponente, das bzw. die auf einem Film abgebildet ist.

Claims

System zum Durchführen einer elektrooptischen Panorama-Erkennung einer Szene mit Sektorabtastung und großem Bereich bzw. großem Abstand, wobei die Erkennung bei einem gegebenen Grundauflösungsabstand und einer gegebenen Vorwärtsüberlappung mit erhöhten Abtastgeschwindigkeiten durchgeführt wird, mit (1) einer Brennebenenanordnung (704), die zur Erfassung eines Bildes der Szene und zur Umwandlung des Bildes in eine elektronische Ladungsdarstellung des Bildes ausgelegt ist, (2) einer elektronischen Haupteinheit (706), die mit 'der Brennebenenanordnung (704) gekoppelt und zur Umwandlung der elektronischen Ladungsdarstellung in ein digitales Bilddatensignal ausgelegt ist, wobei das digitale Bilddatensignal eine digitale Repräsentation des Bildes ist, (3) einer mit der Brennebenenanordnung (704) gekoppelten ersten Einrichtung zum Fokussieren eines Abschnitts der Szene auf die Brennebenenanordnung, wobei der Abschnitt der Szene durch eine Projektion der Brennebenenanordnung definiert ist, (4) einer mit der ersten Einrichtung gekoppelten zweiten Einrichtung (702) zum Abtasten der Projektion der Brennebenenanordnung entlang der Szene mit nichtlinearer Abtastgeschwindigkeit, (5) einer mit der zweiten Einrichtung gekoppelten dritten Einrichtung zum Bestimmen der nichtlinearen Abtastgeschwindigkeit und (6) einer mit der elektronischen Haupteinheit (706) gekoppelten vierten Einrichtung (434) zum Verarbeiten des digitalen Bilddatensignals für die Bereitstellung eines Sichtbildsignals, das ein korrigiertes Bild repräsentiert, wobei das korrigierte Bild ein Bildelement-Seitenverhältnis besitzt, das zur Beseitigung der Wirkungen der nichtlinearen Abtastgeschwindigkeit korrigiert ist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung zur Bestimmung der nichtlinearen Abtastgeschwindigkeit unter Einsatz einer exakten Lösung ausgelegt ist, wobei die exakte Lösung die nichtlineare Abtastgeschwindigkeit derart bestimmt, daß ein Bodenabtastungsabstand quer zur Spurrichtung während der gesamten Abtastung konstant gehalten wird.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung so ausgelegt ist, daß sie eine polynomische Näherungsgleichung zur Bestimmung der nichtlinearen Abtastgeschwindigkeit unter Heranziehung einer polynomischen Annäherung benutzt.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennebenenanordnung (704) eine CCD-Matrix (Matrix aus Ladungskopplungseinrichtungen) ist, daß die erste Einrichtung eine optische Kamera ist, und daß die vierte Einrichtung ein rotierendes Kamerafaß bzw. Kameragestell ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Luftfahrzeug zum Halten der Brennebenenanordnung der elektronischen Haupteinheit und der ersten, zweiten und dritten Einrichtung.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Luft/Boden-Datenkoppelglied (422), das zwischen die Brennebenenanordnung und die vierte Einrichtung zum Übertragen des elektronischen Signals von dem Luftfahrtzeug zu einer Bodenstation gekoppelt ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine mit der elektronischen Haupteinheit (706) gekoppelte Datenbank (414) zum Speichern des digitalen Bilddatensignals.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine mit der vierten Einrichtung gekoppelte Einrichtung (436) zum Anzeigen des korrigierten Bilds.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine mit der Brennebenenanordnung gekoppelte fünfte Einrichtung (708) zum Komprimieren. des digitalen Bilddatensignals zur Bildung eines komprimierten digitalen Bilddatensignals, und durch eine mit der fünften Einrichtung (708) gekoppelte sechste Einrichtung zum Dekomprimieren der komprimierten digitalen Bilddaten zur Reproduktion des digitalen Bilddatensignals.
Verfahren zum Optimieren der elektrooptischen Pan orama-Erkennung einer Szene von einem Luftfahrzeug mittels Sektorabtastung mit großem Abstand, mit den Schritten (1) Bestimmen einer Kameraabtastrate und einer Leserate für eine Brennebenenanordnung für ein gewünschtes Niveau des betrieblichen Leistungsvermögens, (2) Bestimmen einer nichtlinearen Abtastgeschwindigkeit, falls die Abtastrate oberhalb eines Schwellenwerts liegt, (3) Abtasten der Kamera entlang der Szene mit der im Schritt (2) bestimmten nichtlinearen Abtastgeschwindigkeit, (4) Fokussieren eines Bilds der in dem Schritt (3) abgetasteten Szene auf eine Brennebenenanordnung und Umwandeln des Bildes in ein elektronisches, die Szene repräsentierendes Signal, (5) Verarbeiten des elektronischen Signals zur Erzeugung eines digitalen Bildes der Szene, wobei die Verarbeitung einen Schritt der Korrektur eines Bildelement-Seitenverhältnisses des digitalen Bildes zur Beseitigung von Effekten der nichtlinearen Abtastgeschwindigkeit enthält.
Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch den Schritt des Anzeigens des korrigierten Bildes.
Verfahren nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (1) die Schritte enthält: (a) Bestimmen einer benutzten tatsächlichen Abtastzeit, (b) Bestimmen einer Zeilenrate des Systems, (c) Berechnen der Anzahl von Zeilen von Abtastung, wobei die Berechnung unter Heranziehung der in dem Schritt (a) bestimmten tatsächlichen Abtastzeit und der in dem Schritt (b) bestimmten Zeilenrate des Systems durchgeführt wird, und (d) Bestimmen einer Bildende-Zeit als ein Verhältnis der Anzahl von Zeilen in einer Abtastung zu der Zeilenrate.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (1) die Schritte enthält: (a) Bestimmen einer benutzten tatsächlichen Abtastzeit, (b) Bestimmen einer gewünschten Anzahl von Zeilen in einer Abtastung, (c) Berechnen einer Zeilenrate des Systems als ein Verhältnis der in dem Schritt (b) bestimmten Zahl von Zeilen zu der in dem Schritt (a) bestimmten, benutzten tatsächlichen Abtastzeit, und (d) Bestimmen einer Bildende-Zeit als ein Verhältnis der Anzahl von Zeilen in einer Abtastung zu der Zeilenrate.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt zur Bestimmung der benutzten Abtastzeit die Schritte enthält: (i) Bestimmen einer Schrägentfernung, (ii) Berechnen eines Abstands in Richtung der Spur in einem Nahfeld, wobei der Abstand in Richtung der Spur eine Funktion der in dem Schritt (i) bestimmten Schrägentfernung ist, (iii) Berechnen einer Zyklyszeit als einem Bruchteil des in dem Schritt (ii) berechneten Abstands in Richtung der Spur, wobei der Bruchteil so festgelegt wird, daß ein gewünschtes Ausmaß an Vorwärtsüberlappung bereitgestellt ist, (iv) Berechnen einer Abtastzeit als eine Funktion der Zykluszeit, und (v) Berechnen der benutzten Abtastzeit als eine Funktion der Abtastzeit.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (2) die Schritte enthält: (a) Berechnen eines Bodenabtastungsabstands quer zur Spur, (b) Berechnen einer winkelmäßigen Abtastgeschwindigkeit, die zur Konstanthaltung des Bodenabtastungsabstands quer zur Spur benötigt wird, (c) Berechnen eines Kamera-Depressionswinkels als eine Funktion der Zeit auf der Grundlage der winkelmäßigen Abtastgeschwindigkeit und (d) Differenzieren des in dem Schritt (c) berechneten Depressionswinkels zur Erzielung einer nichtlinearen Abtastgeschwindigkeit.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (2) die Schritte enthält: (a) Berechnen eines Bodenabtastungsabstands quer zur Spur, der zur Aufrechterhaltung eines konstanten gesamten Bodenabtastungsabstands erforderlich ist, (b) Konstanthalten des Bodenabtastungsabstands quer zur Spur für große Depressionswinkel, (c) Berechnen einer winkelmäßigen Abtastgeschwindigkeit, die zur Beibehaltung des Bodenabtastungsabstands quer zur Spur erforderlich ist, (d) Berechnen eines Kamera-Depressionswinkels als eine Funktion der Zeit auf der Grundlage der winkelmäßigen Abtastgeschwindigkeit und (e) Differenzieren des in dem Schritt (c) berech neten Depressionswinkels zur Erzielung einer nichtlinearen Abtastgeschwindigkeit.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (2) den Schritt des Einsatzes einer quadratischen polynomischen Näherung zur Bestimmung einer nichtlinearen Abtastgeschwindigkeit enthält.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (5) die Schritte enthält: (a) Gewinnen einer Korrektur für das Bildelement-Seitenverhältnis des digitalen Bildes, und (b) Realisieren der Korrektur zum Korrigieren des Bildelement-Seitenverhältnisses.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (a) die Schritte enthält: (i) Berechnen eines Mittelwert-Bildungsfaktors zur Erzeugung verkleinerter Ansichtsbilder, (ii) Berechnen eines Zeilengruppenwinkels als das Produkt aus dem Mittelwert-Bildungsfaktor und einem Detektorwinkel, (iii) Bestimmen einer polynomischen zeitlichen Näherung dritter Ordnung als eine Funktion eines seit Beginn der Abtastung abgetasteten Winkels, und (iv) Bestimmen einer Gruppe von Zeilen mit voller Auflösung auf der Grundlage des Zeilengruppenwinkels und unter Heranziehung des Polynoms dritter Ordnung, und daß der Schritt (b) die Schritte enthält: (i) Auswerten bzw. Bewerten der Gruppe von Zeilen mit voller Auflösung, (ii) Runden der Gruppe von Zeilen mit voller Auflösung auf einen nächsten ganzzahligen Wert und (iii) Addieren des Betrags der Rundung zu einem nächsten Wert für die Gruppe von Zeilen mit voller Auflösung.
System zum Durchführen einer elektrooptischen Panoramaerkennung einer Szene mit Sektorabtastung und großem Bereich und bzw. Abstand aus einem Luftfahrzeug, wobei die Erkennung mit erhöhten Abtastgeschwindigkeiten bei einem gegebenen Bodenauflösungsabstand und einer gegebenen Vorwärtsüberlappung durchgeführt wird, mit (1) einer ersten Einrichtung zum Erfassen eines Bildes eines Teiles der Szene und zum Umwandeln des Bildes in ein digitales Bilddatensignal, wobei das digitale Bilddatensignal eine digitale Repräsentation des Bildes ist, (2) einer mit der ersten Einrichtung gekoppelten zweiten Einrichtung zum Fokussieren des Teils der Szene auf die erste Einrichtung und zum Abtasten des Teils der Szene über die gesamte Szene mit einer nichtlinearen Abtastgeschwindigkeit und (3) einer mit der ersten Einrichtung gekoppelten dritten Einrichtung zum Verarbeiten des digitalen Bilddatensignals zur Bereitstellung eines Sichtbild-Datensignals, das ein korrigiertes Bild repräsentiert, wobei das korrigierte ein Bildelement-Seitenverhältnis besitzt, das im Hinblick auf die Beseitigung der Wirkungen der nichtlinearen Abtastgeschwindigkeit korrigiert ist.
System nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch eine mit der zweiten Einrichtung gekoppelte vierte Einrichtung, die zur Benutzung einer exakten Lösung zur Bestimmung der nichtlinearen Abtastgeschwindigkeit ausgelegt ist, wobei die exakte Lösung die nichtlineare Abtastgeschwindigkeit derart bestimmt, daß ein Bodenabtastungsabstand quer zur Spur während der gesamten Abtastung konstant ist.
System nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch eine mit der zweiten Einrichtung gekoppelte vierte Einrichtung, die zum Einsatz einer polynomischen Nährungslösung zur Bestimmung der nichtlinearen Abtastgeschwindigkeit ausgelegt ist.
System nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch eine mit der ersten Einrichtung gekoppelte vierte Einrichtung zum Senden des ersten elektronischen Signals von dem Luftfahrzeug zum Boden.
System nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch eine mit der ersten Einrichtung gekoppelte vierte Einrichtung zum Speichern des digitalen Datensignals.
System nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch eine mit der dritten Einrichtung gekoppelte vierte Einrichtung zum Anzeigen des korrigierten Bildes.
System nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch eine mit einer Brennebenenanordnung gekoppelte vierte Einrichtung zum Komprimieren des digitalen Bilddatensignals zur Bildung eines komprimierten digitalen Datensignals, und mit einer mit der vierten Einrichtung gekoppelten fünften Einrichtung zum Dekomprimieren des komprimierten digitalen Bilddatensignals.