DE69017811T2

DE69017811T2 - Nachführsystem mit gezwungenem Korrelation/Gemischmodus.

Info

Publication number: DE69017811T2
Application number: DE69017811T
Authority: DE
Inventors: Hannelore G Hansen; Robert G Lepore; Vivien Y Steinman
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1989-08-15
Filing date: 1990-07-31
Publication date: 1995-09-14
Anticipated expiration: 2010-08-01
Also published as: KR930005608B1; AU620000B2; AU6028090A; EP0419016A1; US4958224A; NO903445D0; NO179628B; NO903445L; EP0419016B1; KR910005681A; JPH0766048B2; NO179628C; DE69017811D1; CA2021227A1; JPH0395476A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Technisches Gebiet

Diese Erfindung betrifft Videoverarbeitungssysteme und insbesondere ein Videonachführsystem, das ein Ziel verfolgt.

2. Diskussion

Anwendungen taktischer Systeme für Videonachführeinrichtungen benötigen selbst dann eine hohe Wirksamkeit, wenn eine Hintergrund- und Vordergrundstörung mit dem Ziel von Interesse konkurriert. Außerdem müssen diese Systeme unter dynamischen Bedingungen, bei denen sich die relativen Erscheinungswinkel und der Bereich zu dem Ziel kontinuierlich ändern, zufriedenstellend funktionieren.
In der Vergangenheit sind Videonachführprozessoren erfunden worden, welche verschiedenartigste Verarbeitungsverfahren, wie zum Beispiel Schwerpunkt-, Flächengleichgewicht-, Kanten- und zahlreiche Korrelations-Realisierungskonzepte verwenden. Videoprozessoren sowohl des Schwerpunkt- als auch des Korrelationstyps sind technisch bekannt. Zum Beispiel offenbart das U.S.-Patent Nr. 4 133 044, das am 2. Januar 1979 veröffentlicht worden ist, von Fitts, eine Videokorrelations-Nachführeinrichtung. Das U.S.-Patent Nr. 4 719 584, das am 12 Januar 1988 veröffentlicht worden ist, von Rue et al, offenbart eine Zweibetriebsarten-Videonachführeinrichtung, welche sowohl einen Korrelationsprozessor als auch einen Schwerpunktprozessor verwendet. Diese Nachführeinrichtung im Stand der Technik ist in der Lage, in einer automatischen oder konkurrierenden Nachführbetriebsart zu arbeiten, bei der der Prozessor, der zu der besten Wirksamkeit führt, für eine aktive Nachführsteuerung ausgewählt wird. Jedoch wird ein Prozessor unter Ausschluß des anderen ausgewählt und folglich wird lediglich der ausgewählte Prozessor verwendet, um Nachführausschnitt-Fehlersignale zu erzeugen.
Eine ähnliche Zweibetriebsarten-Videonachführeinrichtung ist in der WO 89/02085 offenbart, in welcher sowohl der Schwerpunktprozessor als auch der Korrelationsprozessor unabhängig oder zusammenarbeitend arbeiten können.

KURZFASSUNG DER ERFINDUNG

Es wird ein Nachführsystem geschaffen, das unter Verwendung von Nachführfehlersignalen, die aus einem Videoprozessor abgeleitet werden, welcher Bildelemente in einem Nachführausschnitt, der das Ziel in einer zweidimensionalen Bildebene umgibt, analysiert, ein Ziel verfolgt. Gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung wird ein Nachführsystem geschaffen, wie es hier im weiteren Verlauf im Anspruch 1 spezifiziert ist, und welches sowohl einen Schwerpunktprozessor als auch einen Korrelationsprozessor verwendet. Der Schwerpunktprozessor ist in der Lage, Nachführfehlersignale entlang einer horizontalen und einer vertikalen Achse als eine Funktion des Schwerpunkts des Objekts in der Szene zu erzeugen. Andererseits erzeugt der Korrelationsprozessor Nachführfehlersignale als eine Funktion der relativen Verschiebung verschiedener Bilder der Szene. Es ist eine Einrichtung vorgesehen, die die Nachführfehlersignale aus dem Schwerpunktprozessor auf jeder Achse auswählt, auf der das Ziel kontrastbegrenzt ist, und die die Nachführfehlersignale aus dem Korrelationsprozessor auswählt, wenn das Ziel nicht kontrastbegrenzt ist.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ermöglicht das Nachführsystem dem Bediener, eine Betriebsart zu wählen, bei der Nachführfehlersignale aus dem Korrelationsprozessor sowohl für die horizontalen als auch vertikalen Achsen ausgewählt werden, wenn die Breite und die Höhe eines adaptiven Nachführausschnitts vorgewählte Werte überschreiten.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die verschiedenen Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für Fachleute durch das Lesen der folgenden Beschreibung und durch Bezugnahme auf die Zeichnung offensichtlich, in welcher:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Videonachführsystems zeigt, das gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist;
Fig. 2 einen Videorahmen darstellt, bei dem eine Mischbetriebsart verwendet wird;
Fig. 3 einen Videorahmen zeigt, bei dem eine andere Mischbetriebsart verwendet wird;
Fig. 4 einen Videorahmen zeigt, bei dem die Verwendung des Korrelationsprozessors erzwungen wird; und
Fig. 5 ein Flußdiagramm zeigt, das die Schritte zum Ausführen des bevorzugten Ausführungsbeispiels dieser Erfindung darlegt.

BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

A. Überblick

Es wird nun Bezug auf Fig. 1 genommen, worin ein Videonachführsystem 10 gezeigt ist, das einem Ziel 11 innerhalb einer Szene, die allgemein mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet ist, folgt und es verfolgt. Verschiedene Sensoren können verwendet werden, um eine Information über die Szene 12 zu erfassen. Typischerweise ist ein Sensor 14 von dem Typ, der abgestrahlte elekromagnatische Energie aus der Szene 12 aufnimmt, wodurch die Szene in einer Form aufgezeichnet wird, welche durch einen Videopräprozessor 16 zu elektrischen Videosignalen umgewandelt werden kann. Der Präprozessor 16 wandelt die elektromagnetische Energie in analoge Videosignale um und liefert diese Signale sowohl zu einem Korrelationsprozessor 18 als auch zu einem Schwerpunktprozessor 20.
Ein Mikrocomputer 22 liefert über Leitungen 24 Takt und andere Steuersignale zum Korrelationsprozessor 18. Ahnliche Takt und Steuersignale werden über Leitungen 26 zu dem Schwerpunktprozessor 20 geliefert. Der Korrelationsprozessor 18 analysiert die Videosignale und liefert, wenn sie auftreten, Nachführfehlersignale über Leitungen 28 zu dem Mikrocomputer. Ähnlich liefert der Schwerpunktprozessor Nachführfehlersignale über Leitungen 30 zu dem Mikrocomputer 22. Desweiteren verwendet der Mikrocomputer 22 die Nachführfehlersignale und erzeugt Nachführbefehle auf einer Leitung 32. Die Nachführbefehle werden zu verschiedenen Servosystemen ausgegeben, die die Nachführvorrichtung so lenken, daß sie ihre zugehörige Spur auf das ausgewählte Ziel aufrechterhält.
Wie es technisch bekannt ist, analysieren der Korrelationsprozessor 18 und der Schwerpunktprozessor 20 die Videodaten auf unterschiedliche Weisen und weisen somit unterschiedliche Stärken und Schwächen auf. Korrelationsprozessoren messen die relative Verschiebung zwischen zwei unterschiedlichen Bildern der gleichen Szene, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten genommen werden. Eines der Bilder wird im allgemeinen als die "Referenz" bezeichnet und stellt für gewöhnlich eine Messung dar, die zu einem früheren Zeitpunkt durchgeführt worden ist. Die anderen Bilder werden häufig als das "aufgenommene" Bild bezeichnet und für gewöhnlich aus der "lebenden" Szene abgeleitet. Eine Korrelationsnachführung benötigt typischerweise nicht, daß das Ziel kontrastbegrenzt ist und funktioniert am besten, wenn große Ziele mit vielen inneren Details verfolgt werden. Im Gegensatz dazu funktionieren Korrelationprozessoren nicht so gut, wenn kleine Ziele gegen sanfte Hintergründe verfolgt werden. Unter solchen Bedingungen kann der Korrelator dazu neigen, langsam vom Ziel abzudriften und Nachführfehler einzuführen, welche sich mit der Zeit erhöhen. Korrelations-Nachführeinrichtungen können gegenüber Schwerpunkt-Nachführeinrichtungen eine verbesserte Wirksamkeit in Umgebungen mit einem niedrigen Signal-zu-Rausch-Verhältnis und einer großen Störung liefern.
Andererseits arbeitet der Schwerpunktprozessor 20 so, daß er den Schwerpunkt von Bildelementen in einem gegebenen Nachführausschnitt, die sich abhängig von der Nachführbetriebsart entweder oberhalb oder unterhalb eines Schwellwerts befinden, berechnet. Nachführfehlersignale werden durch einen Vergleich der Schwerpunktwerte zwischen aufeinanderfolgenden Bildrahmen abgeleitet.
Die verschieden Details der Korrelations- und Schwerpunktprozessoren sind technisch bekannt und müssen hierin nicht weiter beschrieben werden. Jedoch wird der Leser darauf verwiesen, daß die folgende Darstellung zur weiteren Kenntnisnahme in den Verweisdokumenten enthalten ist: die zuvor erwähnten, allgemein angegebenen U.S.-Patente Nr. 4 133 004 und 4 719 584.
Die Schwerpunktnachführung, die einen Schwerpunktprozessor 20 verwendet, wird für solche Ziele aufgerufen, die vollkommen kontrastbegrenzt sind. In dieser Betriebsart wird ein Nachführausschnitt über dem Schwerpunkt des Ziels plaziert und daraus werden Nachführfehlersignale erzeugt. Die Korrelationsnachführung wird aufgerufen, wenn Ziele nicht kontrastbegrenzt sind. Wie zuvor erwähnt worden ist, berechnet der Korrelationsprozessor 18 eine Kreuzkorrelationsfunktion zwischen dem erfaßten Bild und einer gespeicherten Referenzszene. Der Nachführpunkt ist die beste Übereinstimmung der zwei Szenen.
Eine Kombination der Schwerpunkt- und Korrelationsnachführung (Mischbetriebsarten-Nachführung) wird aufgerufen, wenn ein Ziel in einer Achse kontrastbegrenzt ist, aber nicht in der anderen. Während einer Mischbetriebsarten- Nachführung verwendet das System die Korrelationsnachführung, um die Nachführfehlersignale in einer Achse zu berechnen, und die Schwerpunktnachführung, um die Nachführfehlersignale in der anderen Achse zu berechnen. Dies ermöglicht es dem System, die Vorteile beider Nachführalgorithmen zu verwenden und die Nachteile zu minimieren.

B. Schwerpunktnachführung

Die Schwerpunktnachführung wird für solche Ziele aufgerufen, die kontrastbegrenzt sind. Ein kontrastbegrenztes Ziel ist auf allen Seiten durch einen Bereich mit einer von dem Ziel auflösbaren Intensitätsdifferenz umgeben und alle Grenzen des Ziels müssen die gleiche Kontrastpolarität aufweisen. Wenn ein Ziel heller ("dunkler") als sein Hintergrund erscheint, muß es auf allen Seiten durch einen Bereich umgeben sein, der sich an einem niedrigeren (höheren) Intensitätspegel befindet.
Während der Schwerpunktnachführung wird ein Videopräprozessor 16 verwendet, um Vielfachpegel-Eingangsvideosignale aus den eingehenden analogen Videosignalen zu erzeugen. In dem Sichtgebiet (FOV) der Nachführeinrichtung (in den Figuren 2-4 durch das Bezugszeichen 34 bezeichnet) wird ein rechteckiger Nachführausschnitt 36 über den räumlichen Bereich plaziert, bei dem erwartet wird, daß das Ziel 38 eine Szeneinformation außerhalb des ausgeschnittenen Bereichs aufgrund einer Beeinträchtigung der Nachführung verhindert. Vor der Nachführungsinbetriebnahme positioniert der Bediener den Ausschnittsort, aber während der Schwerpunktnachführung wird er über dem Zielschwerpunkt plaziert. Da ein großer Bereich von Zielgrößen verfolgt werden muß, wird bevorzugt ein adaptiver Ausschnitt verwendet. Die Größe des Nachführausschnitts wird geringfügig größer als das Ziel gemacht, damit die Zielsilhouette innerhalb des Ausschnitts beinhaltet ist, aber eine nicht zum Ziel gehörende Hintergrundstörung ausgeschlossen ist.
Das ausgeschnittene Eingangsvideosignal wird durch den Präprozessor 16 einer Schwellwertbildung unterzogen, um ein binärgewandeltes Bild für die weitere Verarbeitung durch den Schwerpunktprozessor 20 und den Korrelationsprozessor 18 zu erzeugen. Der digitalisierende Schwellwert wird so eingestellt, daß er das Ziel aus einer konkurrierenden Störung und einem anderen Hintergrund isoliert. Der Bediener kann auswählen, ob der schwellwertbildende Algorithmus so eingestellt wird, daß er "heißes" Ziel aus einem "kalten" Hintergrund (weiße Nachführung) oder ein "kaltes" Ziel aus einem "heißen" Hintergrund (schwarze Nachführung) isoliert.
Die binärgewandelten Daten jeder Reihe oder Zeile werden in eine Folge von Segmenten formatiert; die Start- und Stopporte jedes Segments werden zur weiteren Verarbeitung vorgesehen. Die Segmente werden unter Verwendung des unterstützenden Zielbeschaffungsalgorithmus in Gruppen sortiert. Da sich mehrere Objekte innerhalb des ausgedehnten Nachführausschnitts befinden können, ist es wichtig, daß die Segmente korrekt gruppiert werden. Der Schwerpunktalgorithmus berechnet dann den geometrischen Schwerpunkt jeder Gruppe in dem Nachführausschnitt. Ein Nachführfehlersignal wird auf der Grundlage des Schwerpunkts der Gruppe mit der besten Übereinstimmung zu vorhergehenden Merkmalen erzeugt.
Der digitalisierende Schwellwert, Vth, der das binärgewandelte Bild erzeugt, wird durch Gleichung 1 bestimmt. Diese Gleichung basiert auf drei Parametern, dem Hintergrundpegel VB, dem Zielpegel VTG und α. Jeder dieser drei Parameter wird im Detail beschrieben.
VTH = VB + α(VTG - VB) wobei: 48%< α< 75% (1)
Der Zielpegel, VTG ist eine Schätzung der wärmsten Fläche innerhalb des Nachführausschnitts (für die Heißnachführung). Er liefert eine obere Grenze für den digitalisierenden Schwellwert.
Vor der Nachführungsinbetriebnahme basiert der Zielpegel auf einer Spitzenerfassung. Der Zielpegel kann sich in festen Zuwächsen nach oben oder unten bewegen. Er bewegt sich in einem Fenster von 19 Bildelementen x 19 TV-Zeilen in einer Richtung, die drei Bildelemente oberhalb des Zielschwellwertpegels erzeugen wird. Dieses Fenster beinhaltet die Fläche des Nachführausschnitts plus einen umgebenden Ring.
Nach der Nachführungsinbetriebnahme wird lediglich die Nachführausschnittsfläche verwendet, um den Zielpegel einzustellen. Der Zielpegel wird durch einen festen Betrag eingestellt, um ein konstantes Flächengleichgewicht zwischen dem Zielpegel und dem digitalisierenden Pegel zu erhalten. Ein Zweigebiets- oder Rahmenmittelwert der Fläche oberhalb des Zielpegels wird mit einem Zweigebietsmittelwert der Fläche oberhalb des digitalisierenden Pegels verglichen. Nominal ist das gewünschte Flächengleichgewicht durch Gleichung 2 gegeben. Im Landbetrieb, unter geringen Störungsbedingungen, ist jedoch das erwünschte Flächengleichgewicht durch Gleichung 3 gegeben. Diese erniedrigt den Zielpegel während niedrigen Störungsbedingungen und verringert die Chancen eines Überlastzusammenbruchs in günstigen Hintergründen.
ATG/ATH = 1/3 Nominal (2)
ATG/ATH = 1/2 Landbetrieb, Geringe Störung (3)
wobei:
ATG = Anzahl der Größen oberhalb VTG im Nachführausschnitt
ATH = Anzahl der Größen oberhalb VTH im Nachführausschnitt
Der Hintergrundpegel, VB, liefert eine untere Grenze des digitalisierenden Schwellwerts (Figur 2) und ist eine Schätzung der Temperatur des Bereichs, der das Ziel umgibt. Ein Zweigebiets- oder Rahmenmittelwert des Prozentsatzes, der den Hintergrundausschnitt ausfüllt, wird verwendet, um VB einzustellen, um ein Rauschen aufgrund des Beinflussens des digitalisierenden Schwellwerts verhindern. Im Landbetrieb wird VB auf der Grundlage eines Hintergrundausschnitts in der Form eines Rings eingestellt. Im Schiffsbetrieb wird VB auf der Grundlage eines Hintergrundausschnitts in der Form eines horizontalen Balkens eingestellt.
Der dritte Parameter, der in der Berechnung des digitalisierenden Schwellwerts, VTH, verwendet wird, ist α. Er wird verwendet, um den Schwellwert, der durch die Ziel- und Hintergrundpegel erzeugt worden ist, einzustellen, und befindet sich zwischen 0.48 und 0.75. Während der Zielbeschaffung befindet sich α fest auf 0.65, um das Ziel von der Störung und dem Rauschen zu trennen. Ansonsten wird es auf der Grundlage des Inhalts des Nachführausschnitts und des Störungsrings angepaßt. Unter Bedingungen hoher Störung wird α auf 0.75 erhöht und beim Vorhandensein geringer Störung wird α auf 0.48 erniedrigt.
Der Ausschnitt-Größenbestimmungsalgorithmus wird durch den Schwerpunktprozessor 20 durchgeführt, welcher die Nachführausschnittausmaße entlang der horizontalen und vertikalen Achsen (XAusschnitt, YAusschnitt) unabhängig in den horizontalen und vertikalen Richtungen berechnet. (Gleichungen 5 und 6) Die Änderung in der Ausschnittgröße wird mit der maximal erlaubten Ausschnittzunahme aufgrund eines Bereichsverschlusses verglichen, und wird, wenn es notwendig ist, auf diesen Wert begrenzt. Der Nachführausschnitt wird über dem Zielschwerpunkt zentriert. Die Stabilität des Nachführausschnitts wird durch Nehmen eines Fünf gebiets- oder Rahmenmittelwerts der gemessenen horizontalen und vertikalen Zielgröße oder -ausmaße, XAusmaß bzw YAusmaß aufrechterhalten. Das horizontale Ausmaß (XAusmaß) wird durch das Nehmen der Differenz zwischen der rechtesten und der linkesten Bildelementpositionen der digitalisierten Segmente in dem Nachführausschnitt berechnet. Analog wird das vertikale Ausmaß (YAusmaß) aus der Differenz zwischen der oberen und der unteren Zeilenanzahl des ersten und letzten Segmentes im Nachführausschnitt abgeleitet. Die Nachführausschnittgröße wird durch die folgenden Gleichungen (5) und (6) definiert:
XAusschnitt = GX Ausmaß + BIASX (5)
YAusschnitt = Gy Ausmaß + BIASy (6)
wobei:
Gx,Gy> 1
BIASX, BIASy> 0, auf der Grundlage von XAusmaß bzw. Ausmaß
Wenn die ausgeschnittenen Bereiche einmal einer Schwellwertbildung unterzogen worden sind, werden die binärgewandelten Segmente in unterschiedliche Objekte gruppiert. Dieses Verfahren eines Identifizierens der zerlegten Elemente eines Objekts wird als Gruppieren bezeichnet. Das Gruppieren enthält ein Abtasten des Bereichs von Interesse (d.h., des Nachführausschnitts) durch Reihen und ein Ausbilden äquivalenter Klassen von Objektsegmenten. Diese äquivalenten Klassen werden nachfolgend gemischt und die Gruppen des Bildes werden demgemäß bezeichnet.
Der Größenbestimmungsalgorithmus des adaptiven Ausschnitts ermöglicht es dem Nachführausschnitt nicht, schnell genug zu wachsen, während große Ziele beschafft werden. Unterstützte Zielbeschaffung (ATA) verbessert die Fähigkeit der Schwerpunkt-Nachführeinrichtung, einen geeignet großen Nachführausschnitt über dem ausgewählten Ziel zu beschaffen und zu plazieren.
Wenn der Bediener eine Nachführung einleitet, öffnet sich der Nachführausschnitt auf 45 Bildelemente oder Spalten x 45 TV-Zeilen oder Reihen. Der Algorithmus wählt die Gruppe aus, die das dem Mittelpunkt des Nachführausschnitts naheliegendste Segment enthält. Der Nachführausschnitt wird zu der ausgewählten Gruppe bewegt und wenn eine ATA angeregt wird, wird der Nachführausschnitt so nah wie möglich zu dem Ziel kalibriert und eine Schwerpunktnachführung beginnt.
Während der ATA wird eine oder werden beide der Abmessungen auf das maximale Ausmaß vergrößert und das Verfahren wird wiederholt, wenn das Ziel nicht vollständig in dem Nachführausschnitt von 45 Bildelementen x 45 TV-Zeilen enthalten ist. Wenn, nachdem das Ausschnittausmaß ausgedehnt worden ist, eine Ausdehnung immer noch zu groß ist, wird einer der beiden Mischbetriebsarten-Nachführalgorithmen ausgewählt. Wenn beide Ausdehnungen zu groß sind, wird die Korre1ationsnachführung ausgewählt. Die Entscheidung, auf die Mischbetriebsarten-Nachführung umzuschalten, wird zurückgestellt, wenn das Seitenverhältnis des Ziels im Landbetrieb größer ist als 3:5 oder als 2:1 im Schiffbetrieb, um die Erfassung eines Buckels zum Aufrufen einer Seitenverhältnisbeschränkung zu ermöglichen.
Die gesamte binärgewandelte Fläche innerhalb des Nachführausschnitts wird verwendet, um einen geometrischen Schwerpunkt relativ zu der oberen linken Ecke des FOV zu berechnen. Der Zielschwerpunkt wird verwendet, um die Nachführausschnitt-Mittellinien 40,42 auf das Gebiet zu positionieren. Der Schwerpunkt (XSchwerpunkt, YSchwerpunkt) des binärgewandelten Videosignals innerhalb des Nachführausschnitts 36 wird als eine Funktion der horizontalen bzw. vertikalen Momente des Segments innerhalb des Nachführausschnitts erzeugt.
Eine Seitenverhältnisbeschränkung (ARL) ist vorgenommen worden, um einen frühzeitigen Übergriff auf die Korrelations-Nachführeinrichtung für Ziele mit großen Seitenverhältnissen zu verhindern, da keine ausreichende Anzahl von Korrelatorzellen verwendet wird. Für ein Seitenverhältnis von 4:1, wie es in vielen Schiffen, Brücken und Kraftwerken zu sehen ist, mißt die vertikale Ausdehnung 10% oder weniger, wenn die horizontale Ausdehnung 50% des Sichtgebiets erreicht. Dies ist für die Korrelatornachführung verständlicherweise unerwünscht. In diesen Fällen sollte die vertikale Ausdehnung den Übergang zur Korrelationsnachführung steuern und den Übergriff verzögern, bis die Zielhöhe geeignet ist.
Während der herkömmlichen Schwerpunkt-Nachführbetriebsart wird das Zielseitenverhältnis (TAR = XAusdehnung/YAusdehnung) jedes Gebiets berechnet. Wenn das TAR größer ist als 3.5:1 (2:1 im Schiffsbetrieb) und eine definierbare Struktur, die weniger als 60% des Nachführausschnitts gegenübersteht, existiert, wird der horizontale Nachführausschnitt zusammenbrechen. Eine Schwerpunktnachführung in der horizontalen Achse wird auf der Grundlage der inneren Struktur des Ziels (z.B. den Aufbauten eines Schiffs) fortgeführt. Im Landbetrieb werden während der ARL-Nachführung der vertikale Schwerpunkt und der Nachführausschnitt wie in der normalen Schwerpunktnachführung berechnet, aber im Schiffsbetrieb kann der vertikale Schwerpunkt nach unten zu der erwarteten Wasserlinie hin geneigt werden (gewichteter Schwerpunktalgorithmus). Die Wasserlinie wird als die letzte Rumpflinie in dem Nachführausschnitt geschätzt. Eine Rumpflinie wird als jedes Segment definiert, das durch beide Seiten des Nachführausschnitts führt.
Der horizontale Schwerpunkt wird durch ledigliches Verwenden der Segmente in dem Nachführausschnitt berechnet, die keine Endpunkte aufweisen, die den Nachführausschnitt, berühren. Jede Linie, die vollständig durch den Ausschnitt führt, wird nicht zur horizontalen Positionierung verwendet. Die horizontale Ausschnittgröße wird gemäß Gleichung 9 abgeändert. Wenn keine ARL aufgerufen wird, kehrt die horizontale Ausschnittgröße auf die Orginalgröße zurück.
Wenn die ARL-Betriebsart einmal aufgerufen worden ist, kann sie nicht angeregt werden und verbleibt aktiv, bis entweder die Horizontalkorrelations/Vertikalschwerpunkts oder Korrelationsbetriebsarten aufgerufen werden.

C. Korrelationsnachführung

Der Korrelationsprozessor 18 mißt die relative Verschiebung zwischen zwei verschiedenen Bildern der gleichen Szene. Eine zus-ätzliche Information über Korrelationsprozessoren ist in M. Bohner, Target Tracking and Target Detection in TV-and FLIR-Imagerv, Forschungsinstitut für Informationsverarbeitung und Mustererkennung (FIM/FGAN), Breslauer Straße 48, 7600 Karstruhe Bundersrepublik Deutschland, 31-1 bis 31-16 (1981) zu finden, welche hierdurch ebenso durch Verweis enthalten ist. Eines dieser Bilder wird als Referenz bezeichnet und kann einen Messung darstellen, die zu einem früheren Zeitpunkt durchgeführt worden ist. Das andere Bild wird als das aufgenommene Bild bezeichnet und wird für gewöhnlich aus der "lebenden" Szene abgeleitet. Eine Korrelationsnachführung erfordert nicht, daß das Ziel kontrastbegrenzt ist, und funktioniert am besten, wenn große Ziele mit vielen inneren Details verfolgt werden. Korrelatoren funktionieren nicht so gut, wenn sie kleine Ziele gegen sanfte Hintergründe verfolgen. Unter solchen Bedingungen kann der Korrelator langsam vom Ziel abdriften und führt einen Nachführfehler ein, welcher sich mit der Zeit erhöht. Korrelations-Nachführeinrichtungen können gegenüber Schwerpunkt-Nachführeinrichtungen in Umgebungen mit niedrigem SNR und großer Störung eine verbesserte Wirksamkeit liefern.
Es gibt viele Fälle, in denen eine Korrelationsnachführung inhärent besser als eine Schwerpunktnachführung ist. Die Korrelationsnachführung wird bevorzugt, wenn das zu verfolgende Ziel nicht zuverlässig und automatisch isoliert werden kann. Dies kann auftreten, wenn sich das Ziel in der Mitte von anderen Objekten (Störung) befindet, die sich zu nahe am Ziel befinden, um ausgeschnitten zu werden, oder wenn die Störungssignale zu stark sind, um durch den schwellwertbildenden Algorithmus unterdrückt zu werden. Die Korrelations-Nachführeinrichtung wird gewählt, um ein Objekt innerhalb einer Gruppe von ähnlichen Objekten aus zuwählen, bei der das Ziel durch seine relative Position spezifiziert ist, oder, wenn ein Angriffs-Zielpunkt, der anders ist als der Zielschwerpunkt, erwünscht ist. Eine Korrelationsnachführung kann ebenso verwendet werden, um innere Zieldetails zu verfolgen, und einen stabilen End-Nachführpunkt aufrechtzuerhalten, wenn die Zielbildgröße das Sichtgebiet der Nachführeinrichtung überschreitet.
In jeder Korrelations-Betriebsart werden abgetastete Flächen der Szene in einem Speicher gespeichert und mit den gleichen Zellen von nachfolgenden Gebieten verglichen (vergleiche die folgende Darstellung, die in dem Verweisartikel ausführlicher enthalten ist: T.K. Lo und G. Gerson, "Guidance System position update by multiple subarea correlation," in Digital Processing of Aerial Images, Proc. SPIE 186, 30-40 (1979). Eine Kreuzkorrelation jeder Zelle wird zwischen dem vorhergehenden Gebiet, das in dem Speicher gespeichert ist, und dem gegenwärtigen Gebiet durchgeführt.
Jede Korrelation wird auf Gültigkeit überprüft und die übereinstimmenden Punkte solcher Zellen, die als gültig bestimmt worden sind, werden kombiniert, um die Größe und die Richtung des Nachführfehlers zu berechnen. Die Korrelator- Nachführeinrichtung verwendet das Detail der Szene, um die Zielpunktposition aufrechtzuerhalten, die zu dem Zeitpunkt eines Übergriffs zur Korrelationsnachführung festgestellt worden ist. Die Zielpunktposition wird entweder durch eine Bedienerauswahl festgelegt, wenn eine Korrelations-Betriebsart taktischer Waffen aufgerufen wird oder durch den Schwerpunkt-Nachführungsalgorithmus, wenn eine Korrelations-Betriebsart durch die Zielgröße aufgerufen wird.
Das Flußdiagramm in Figur 5 ist zum Verstehen bestimmter Merkmale der vorliegenden Erfindung nützlich. Es ist ein Merkmal dieser Erfindung, daß der Bediener die Wahl hat, das System 10 zu zwingen, den Korrelationsprozessor 18 zu verwenden, um die Nachführfehlersignale zu erzeugen. Das System 10 beinhaltet einen geeigneten Anschluß 44 (Figur 1) oder eine andere Eingabevorrichtung, die es dem Bediener ermöglicht, bei der Nachführungsinbetriebnahme eine Korrelations-Betriebsart taktischer Waffen auszuwählen. Dieser Bedienervorgang stellt eine Signalisierung ein, welche durch einen Mikrocomputer 22 gelesen wird, wie es in dem Entscheidungsblock 54 in dem Flußdiagramm in Figur 5 dargestellt ist. Unter solchen Bedingungen wird ausschließlich der Korrelationsprozessor 18 verwendet, um die Nachführfehlersignale zu erzeugen, die verwendet werden, um den Nachführausschnitt 36 wieder zu positionieren.

D. Erzwungene Korrelations/Mischbetriebsarten-Nachführung

Wenn der Systembediener die Auswahl des Korrelationsprozessors nicht erzwungen hat, wird das Entscheidungsverfahren automatisch als eine Funktion der Nachführausschnittsgröße durchgeführt. Wie vorhergehend beschrieben worden ist, ist die Nachführausschnittgröße wiederum eine Funktion der Größe oder der Ausdehnung des Ziels. Unglücklicherweise ist es dem System nicht immer möglich, die Zielkanten ausreichend so zu indentifizieren, daß das Ziel durch den Nachführausschnitt kontrastbegrenzt ist. Zum Zwecke diese Erfindung bedeutet der Ausdruck "kontrastbegrenzt", daß das Ziel auf allen Seiten durch einen Bereich mit einer von dem Ziel auflösbaren Intensitätsdifferenz umgeben ist und alle Grenzen des Ziels müssen die gleiche Kontrastpolarität aufweisen. Fig. 2 stellt eine Situation dar, in welcher das Ziel 38A auf der x-Zielpunktachse 42 nicht kontrastbegrenzt ist. Andererseits stellt Figur 3 ein Sichtgebiet dar, worin das Ziel 38B entlang der y-Zielpunktachse 40 nicht kontrastbegrenzt ist. Der Fehler der Ziele, die kontrastzubegrenzen sind, kann wie vorhergehend angemerkt worden ist, aufgrund verschiedenster Faktoren entstehen. In den Figuren 2 und 3 wird dies durch das Auftreten einer Störung 43 dargestellt, die sich zu nahe an dem Ziel 38, das auszuschneiden ist, befindet.
Erfindungsgemäß wählt der Mikrocomputer 22 automatisch Nachführfehlersignale aus dem Schwerpunktprozessor 20 an jeder Achse 40, 42 aus, bei der das Ziel 38 kontrastbegrenzt ist. Andererseits wählt der Mikrocomputer 22 Nachführfehlersignale aus dein Korrelationsprozessor 18 auf jeder Achse aus, bei der das Ziel nicht kontrastbegrenzt ist. Zum Beispiel ist das Ziel 38A in Figur 2 entlang der vertikalen Zielpunktachse 40 kontrastbegrenzt, aber nicht in der horizontalen Zielpunktachse 42. Als Ergebnis ruft das System 10 eine "Mischbetriebsarten"-Nachführung auf, bei der der Schwerpunktprozessor 20 die Nachführfehlersignale entlang der vertikalen Achse erzeugt, während der Korrelationsprozessor 18 die Nachführfehlersignale entlang der horizontalen Achse erzeugt. In Figur 3 liegt die umgekehrte Situation vor. In diesem Fall wird der Schwerpunktprozessor 20 verwendet, um Nachführfehlersignale entlang der horizontalen Achse zu erzeugen, während der Korrelationsprozessor 18 verwendet wird, um Nachführfehlersignale entlang der vertikalen Achse zu erzeugen.
Das System 10 verwendet die Nachführausschnittgröße geschickterweise als eine Anzeige dafür, ob das Ziel kontrastbegrenzt ist. Wie in den Blöcken 62 und 66 in Figur 5 dargestellt ist, wird das Ziel als nicht kontrastbegrenzt entlang der horizontalen Achse betrachtet, wenn der Nachführausschnitt eine Breite von größer als 180 Bildelemente aufweist. Analog dazu ist das Ziel entlang der vertikalen Achse nicht kontrastbegrenzt, wenn die Höhe des Nachführausschnitts größer als eine gewählte Anzahl von Videoabtastzeilen ist. Figur 4 stellt eine Situation dar, bei der die Nachführeinrichtung so nahe zu dem Ziel 38C gebracht worden ist, daß der Nachführausschnitt 34 im wesentlichen gleichzeitig das Sichtgebiet 36 ist. Unter diesen Umständen wird der Korrelationsprozessor gegenüber dem Schwerpunktprozessor bevorzugt, da das Ziel relativ groß ist und für gewöhnlich viele innere Details aufweisen wird. Des weiteren verwendet das System 10 die Nachführausschnittgröße als ein Signal, das die Verantwortung alleine auf den Korrelationsprozessor 18 verschiebt. Dies ist durch einen Entscheidungsblock 58 in Figur 5 dargestellt, bei dem die Größe des Nachführausschnitts sowohl der x- als auch der y- Achse voreingestellte Werte überschreitet (180 Bildelemente bzw. 165 Zeilen).
Es versteht sich, daß obgleich die Erfindung in Verbindung mit einem besonderen Beispiel beschrieben worden ist, andere Abänderungen für Fachleute offensichtlich werden, nachdem diese den Vorteil gehabt haben, die Beschreibung, die Zeichnung und die folgenden Ansprüche zu studieren.

Claims

1. Nachführsystem mit:

einem Detektor (14) zum Liefern von Videobildsignalen einer Szene, die ein Ziel und eine Hintergrundstörung enthält;

einer Einrichtung (16) zum Digitalisieren der Videobildsignale in binäre Bildelemente;

einem Schwerpunktprozessor (20), der in der Lage ist, Nachführfehlersignale entlang einer horizontalen und vertikalen Achse als eine Funktion des Schwerpunkts von Objekten in der Szene zu erzeugen;

einem Korrelationsprozessor (18), der in der Lage ist, Nachführfehlersignale entlang der horizontalen und vertikalen Achse als eine Funktion der relativen Verschiebung von verschiedenen Bildern der Szene zu erzeugen; und

einer Auswahleinrichtung (22) zum Auswählen von Nachführfehlersignalen aus dem Schwerpunktprozessor oder dem Korrelationsprozessor, dadurch gekennzeichnet, daß

die Auswahleinrichtung Nachführfehlersignale aus dem Schwerpunktprozessor auf jeder Achse automatisch auswählt, auf der das Ziel kontrastbegrenzt ist, und Nachführfehlersignale aus dem Korrelationsprozessor auf jeder Achse auswählt, auf der das Ziel nicht kontrastbegrenzt ist.

2. Nachführsystem nach Anspruch 1, desweiteren mit: einer Nachführausschnitt-Größenbestimmungseinrichtung (56), um einen Nachführausschnitt adaptiv zu definieren, der eine Breite einer ausgewählten Anzahl von Bildelementen und eine Höhe einer ausgewählten Anzahl von Videoabtastzeilen aufweist, wobei die Breite und Höhe eine Funktion der Größe des Ziels im Bild sind; und bei dem:

Nachführausschnitt-Fehlersignale aus dem Korrelationsprozessor sowohl für die horizontale als auch für die vertikale Achse ausgewählt werden, wenn die Breite und Höhe des Nachführauschnitts vorgewählte Werte übersteigen (58, 60).

3. System nach Anspruch 1, bei dem Nachführfehlersignale aus dem Korrelationsprozessor bzw. dem Schwerpunktprozessor für die horizontale und vertikale Achse ausgewählt werden, wenn die Breite des Nachführausschnitts größer als eine ausgewählte Anzahl von Bildelementen und die Höhe des Nachführausschnitts geringer als eine gegebene Anzahl von Abtastzeilen ist (62, 64).

4. System nach Anspruch 1, bei dem Nachführfehlersignale aus dem Schwerpunktprozessor bzw. dem Korrelationsprozessor für die horizontale und vertikale Achse ausgewählt werden, wenn die Breite des Nachführausschnitts geringer als eine gegebene Anzahl von Bildelementen und die Höhe des Nachführausschnitts größer als eine gegebene Anzahl von Abtastzeilen ist (66, 68).

5. System nach Anspruch 1, desweiteren mit:

einer Bildseitenverhältnis-Beschränkungseinrichtung, um die Auswahleinrichtung zu hindern, Nachführfehlersignale aus dem Korrelationsprozessor für Ziele auszuwählen, die ein vorgewähltes Bildseitenverhältnis aufweisen.