ITTO930770A1 - Procedimento di formazione di immagini panoramiche di sorveglianza e di identificazione integrante una camera a scansione e sistema di messa in opera - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo "Procedimento di formazione di immagini panoramiche di sorveglianza e di identificazione integrante una camera a scansione e sistema di messa in opera"

Il campo dell'invenzione si riferisce alla protezione di un sito o di un elemento mobile di valore e, pi? precisamente, alla sorveglianza passiva di uno spazio ed all'identificazione di oggetti che possono apparire nello spazio sorvegliato per effettuare una tale protezione. La sorveglianza passiva mette in opera una formazione di immagini operante nelle bande spettrali visibile, vicino infrarosso, infrarosso, o lontane infrarosso. Una tale sorveglianza ? completata in generale da una sorveglianza attiva utilizzante mezzi elettromagnetici classici, per esempio dei radar.

L'invenzione ha per oggetto un procedimento di formazione di immagini integrante una camera a ,scansione e destinata a poter assolvere le funzioni di sorveglianza e di identificazione. L'invenzione ha egualmente per scopo un sistema di formazione di immagini di messa in opera utilizzante di preferenza una camera ad infrarosso.

Classicamente le funzioni di sorveglianza e di identificazione sono realizzate indipendentemente con l'aiuto di due equipaggiamenti differenti specializzati. Questa soluzione ? molta penalizzante dal punto di vista del costo, della massa e dell'ingombro.

E' egualmente noto svolgere una funzione di sorveglianza con l'aiuto di una camera a scansione mediante trasformazione, con l'aiuto di un gioco di almeno tre specchi, di una linea orizzontale di scansione di una camera 'bloccata su questa linea, in una linea verticale, e quindi scansione del campo mediante rotazione dell'ultimo specchio. La funzione di identificazione di un oggetto, localizzato in modo di sorveglianza, ? ottenuta in seguito mediante rientro del gioco di specchi e ricollocazione in assetto della scansione verticale per una visualizzazione classica nella direzione dell'aggetto localizzato. Gli inconvenienti di- un tale sistema sono molteplici:

- messa in opera di un gioco di specchi supplementare con un ingombrante meccanismo di rientro; - scansione orizzontale, in modo di sorveglianza, limitata a 30-40? a causa della ristretta zona di scansione utilizzabile;

- messa in opera complessa, pesante e costosa.

Un altro sistema combina una camera a scansione direzionale, di cui l'asse ? allora disposto verticalmente, con uno specchio di codificazione ottica che ruota intorno all'asse verticale ed ? associato ad un'ottica di derotazione per' raddrizzare l'immagine.

Questo insieme non consente di realizzare una scansione panoramica efficace e mette in opera elementi fragili, ingombranti e costosi.

Esistono ugualmente sistemi di ripresa panoramica specialmente concepiti'per realizzare la doppia missione di sorveglianza e di identificazione: questi sistemi presentano una barretta detettrice verticale associata .ad un sistema di scansione orizzontale specifico per formare, secondo la velocit? di scansione, sia'un'immagine a 50 Hz in un campo limitato che un'immagine panoramica mediante rotazione in continuo a frequenza meno elevata. Tali sistemi di formazione di immagine, che non utilizzano una camera a scansione verticale,. sono di un costo proibitivo ed hanno prestazioni limitate: campo in sito poco esteso (da 7 a 8"), cattiva risoluzione e bassa portata.

Al fine di realizzare un sistema di formazione di immagini panoramiche di sorveglianza e di identificazione, che sia di concezione semplice e poco costoso, l'invenzione si basa sull'utilizzazione non abituale di una camera a scansione verticale disposta su di un sopporto' girevole a grande velocit?.

Questa utilizzazione non ? abituale poich? la combinazione dello spostamento verticale di una linea di rilevamento determinata dalla scansione verticale propria della camera, e dello spostamento orizzontale di questa -linea, provocato dal trascinamento esterna della camera su di un supporto girevole, fornisce un segnale video corrispondente ad un'immagine di asse obliquo. L'invenzione presenta dei mezzi per trattare il segnale video in modo da ottenere un segnale video sfruttabile per realizzare una copertura -panoramica del campo sorvegliato.

Pi? precisamente l'invenzione concerne un procedimento di formazione di immagini panoramiche di sorveglianza e di identificazione integrante una camera a scansione che rilascia, ad un sistema di sfruttamento, un segnale video rappresentativo di un'immagine formata mediante proiezione di una scena osservata su di un detettore a sensori multipli da un sistema di scansione, caratterizzato dal fatto che consiste, nel modo di sorveglianza, nel trascinare in rotazione la camera a scansione ad una velocit? massimale tenuto conto delle limitazioni di stabilit? e di sicurezza, determinando la formazione di un'immagine obliqua secondo un asse inclinato, nell'esplorare il detettore secondo una velocit? adatta per formare immagini quasi giuntive e nel ricomporre il segnale video rappresentativo dell'immagine osservata affinch? l'immagine formata nel sistema di sfruttamento sia raddrizzata.

La camera a scansione ?, per esempio, una camera ad infrarosso a.scansione manodirezionale (verticale) o bidirezionale (orizzontale-verticale) equipaggiata di un detettore provvisto di sensori elementari che formano rispettivamente una barretta o un mosaico. Un mosaico detettore ? per esempio esplorato da un sistema di scansione bidirezionale noto a tamburo a faccette riflettenti e specchio di trama, effettuando una scansione orizzontale rapida per formare una linea di rilevamento, combinato con una scansione verticale per formare un'immagine di trama.

Nella maggior parte delle applicazioni attuali (inseguimento, guida), il campo esplorato in sito (verticalmente) ha una grande importanza. Al fine di migliorare la portata dell'osservazione senza nuocere all'ampiezza della scansione.in sito, ? vantaggioso determinare un rallentamento della scansione del detettore della camera, la velocit? di rotazione della camera sul suo sopporto essendo regolata affinch? il trattamento di ricomposizione del segnale video sia compatibile con questo rallentamento.

L'invenzione permette di commutare agevolmente fra un funzionamento in modo di sorveglianza (scansione panoramica dello spazio circostante) ed un funzionamento in modo di identificazione (scansione nella direzione di un oggetto localizzato in modo di sorveglianza), mediante arresto del sopporto di trascinamento della camera in una posizione adatta corrispondente alla direzione localizzata.

Altre caratteristiche e vantaggi risulteranno dalla lettura dell'esempio di realizzazione che segue, con riferimento alle figure annesse che rappresentano rispet.tivamente:

- la figura 1, uno schema di esempio di realizzazione di una camera panoramica secondo l'invenzione,-- le figure da 2a a 2c, tre serie di parallelogrammi rappresentativi di immagini osservate, i parallelogrammi essendo rispettivamente a ricoprimento parziale, disgiunti, quasi giuntivi;

- la figura 3, una serie di parallelogrammi rappresentativi con ricoprimento considerevole;

- la figura 4, un esempio di circuito di trattamento del segnale video.

Un esempio di realizzazione dell'invenzione ? descritto qui di seguito nel quadro.classico della visualizzazione di immagini con formato 4/3, su di un monitor con standard di 625 linee, con una frequenza di trame interlacciate di 25 Hz. L'adattamento ad altri standard'di visualizzazione (standard USA: 525 linee a 20 Hz in interlacciamento; standard a 875 linee con scansione progressive; ecc.) ? alla portata del tecnico del ramo.

La figura 1 rappresenta uno schema che illustra un esempio di realizzazione dell'invenzione presentante una camera termica classica C, a scansione verticale, fissata secondo l'invenzione su di un sopporto girevole S, il sopporto e la camera essendo trascinati in rotazione da un motore M, per esempio di tipo asincrono. Un fascio luminoso FL di scena penetra nella camera attraverso un obiettivo di testa 1 per formare su di un detettore infrarosso 2 un'immagine mediante focalizzazione del fascio d'entrata con l'aiuto di un sistema ottico. La camera utilizzata nell'esempio di realizzazione illustrato presenta un detettore composto in maniera nota da pi? file di sensori Hg-Cd-Te (Mercurio-Cadtni.o-Tellurio).

Al fine di rilevare tutta l'immagine, il sistema ottico presenta allora classicamente un sistema di detettore a doppia scansione composto schematicamente da uno specchioidi trama 3, la cui oscillazione intorno ad un asse AA' perpendicolare al piano della figura consente di effettuare la scansione verticale dell'immagine, e da un tamburo a faccette riflettenti 4 la cui rotazione intorno ad un asse X'X realizza la scansione orizzontale in linea dell'immagine. Un'ottica di trasporto di immagine 5 adatta proietta le porzioni di immagine, successivamente esplorate, sul detettore 2 racchiuso in una camera criostatica 6 raffreddata, secondo tecniche conosciute, da un piolo freddo 7.

I sensori elementari del detettore 2 liberano cariche proporzionalmente al flusso luminosa che essi ricevono. Le cariche sono in seguito classicamente integrate, multiplexate, filtrate ed amplificate in un circuito di lettura 8 al fine di rilasciare un segnale video SV rappresentativo della scena osservata dalla camera C. In uscita della camera Cr il segnale video ? trasmesso a elementi di trattamento e di sfruttamento con l'intermediazione di un collettore o di un giunto girevole 11.

Questo segnale video ? applicato secondo l'invenzione ad un circuito di trattamento di segnale 9r destinato a ricomporre il segnale per.renderlo sfruttabile, il circuito di trattamento essendo connesso ad un sistema di sfruttamento 10 del segnale. Questo sistema di sfruttamento pub essere un dispositivo di rilevamento, costituito per esempio da una scatola di estrazione di bersagli atta a fornire un'informazione di locaiizzazione del bersaglio, accoppiata ad un monitor di? visualizzazione. Un tale sistema di sfruttamento ? pertanto in grado, mettendo in opera dei mezzi conosciuti, di determinare la direzione di osservazione del bersaglio localizzato in modo di sorveglianza e di comandare l'arresto della camera nella direzione del bersaglio localizzato.

La combinazione dello spostamento in rotazione della camera in un piana orizzontale e della scansione verticale effettuata dallo specchio di trama della camera fornisce un'immagine della scena osservata deformata secondo un asse obliquo, ogni linea dell'immagine essendo sfalsata dalla precedente per lo spostamento determinato dalla rotazione della camera durante l'intervallo di tempo di scansione della linea.

Sulle figure 2a e 2b sono rappresentate due serie di pi? immagini che possono essere ottenute nel corso del tempo. Le immagini oblique secondo un asse inclinato (Y'Y nella figura 2a), quali 11, 12, 13 e ?', 1'2, 1'3, si presentano rispettivamente sotto la forma di parallelogrammi che si ricoprono parzialmente (11, 12, 13) nelle zone rappresentate tratteggiate (figura Ha) o che non .si ricoprono (I'1, 1'2, 1'3 nella figura 2b) secondo la velocit? di rotazione del sopporto. Nelle figure 2a e 2b le linee punteggiate corrispondono al passaggio di scansione dei bordi dell'ultima linea di un'immagine, alla scansione dei bordi della prima linea dell'immagine seguente, questo passaggio risultando dal ritorna dello specchio di trama alla stia posizione alta. Le scansioni discendenti dei bordi di immagine ed i ritorni che le seguono sono indicati con frecce nel medesimo modo, una volta per le immagini 11 e I'1, due volte per 12 e I'2 e tre volte per 13 e I'3. Essendo classicamente queste immagini delle trame interlacciate, esse sono state rappresentate leggermente sfalsate. Classicamente la durata di scansione verticale di una trama ? di 16 ms e la durata di ritorno dello specchio ? di 4 ms per formare un periodo di trama di 20 ms.

Al fine di evitare ogni perdita di informazione utile, ? necessario che le immagini si ricoprano parzialmente, come ? rappresentato nella figura 2a. Ma per semplificare il trattamento di ricomposizione del segnale video, le zone di ricoprimento di immagini devono anche essere quanto pi? ridotte possibile, il che si traduce nell'ottenimento di parailelogrammi rappresentativi di immagine quasi giuntivi, quali i parallelogrammi. P1, P2, P3 rappresentati nella figura 2c.'

Per esempio per una copertura in sito di 15?, corrispondente ad un campo orizzontale di 20? per il formato 4/3, la giunzione dei parallelogrammi conduce, con lo standard di 50 Hz, ad una velocit? di rotazione del sopporto della camera dell'ordine di 1000? per secondo.

Le velocit? massime di rotazione di trascinamento ragionevolmente applicabili a camere del tipo descritto, sono limitate a valori molto inferiori all'ordine di grandezza sopra indicato, approssimativamente di 10 volte pi? bassi. A queste velocit?, i parallelogrammi rappresentativi si sovrappongono in modo rilevante come illustrato dalla sovrapposizione delle immagini I''1, I"2, l''3 rappresentate nella figura 3. Inoltre, a queste velocit?, la portata di rilevazione ? notevolmente inferiore' alla portata di identificazione con la visualizzazione classica.

Al fine di ottenere parallelogrammi quasi giuntivi, la soluzione dell'invenzione ? quella di adattare la velocit? di scansione del detettore alla velocit? di trascinamento massimale della camera.tenuto conto delle limitazioni meccaniche di stabilit? e delle tolleranze di sicurezza, al fine di avvicinarsi alle condizioni -ideali. Questo adattamento consiste in un rallentamento della velocit? di scansione del detettore, dell'ordine di un fattore 10 per l'esempio numerico utilizzato. Un rallentamento della scansione pub essere realizzato dal tecnico del ramo agendo a livello dei moduli elettronici di comando della scansione secondo i procedimenti noti.

Un tale rallentamento determina un aumento della durata di integrazione delle cariche nel circuito di lettura. Questo aumento misurato della durata di integrazione permette di accrescere il contrasto di immagine, quindi la portata, senza far apparire sfocature di immagine. Cos? per una linea esplorata classicamente in 64 ?s, il rallentamento di scansione di un fattore 10 si traduce in una durata di integrazione di 0,64 ms, valore troppo basso perch? i fenomeni di vibrazione producano un effetto di sfocatura.

Sempre per semplificare il trattamento di un segnale video sopra descritto, ? preferibile regolare la velocit? di rotazione della camera in maniera tale che lo sfalsamento orizzontale fra una linea e la seguente sia uguale alla distanza fra due punti di. immagine di visualizzazione per una medesima fila, o uguale ad un multiplo intero di questa distanza. Un tale aggiustamento consente di evitare un trattamento supplementare di ponderazione del segnale mediante coefficienti adatti. E' cos? opportuno utilizzare alcuni valori discreti di velocit? di rotazione adatti per un campo- di copertura orizzontale dato.

Per esempio con la camera SMT (Sistema Modulare Termico) sviluppata dalla societ? TRT ed equi-pag? giata di un detettore avente 11 file di 4 sensori ciascuna, coprente un campo orizzontale di 24? suddiviso in 780 punti d'immagine, uno spostamento angolare di un punto d'immagine (rispettivamente di n punti d'immagine) fra due linee d'immagine separate da 704 Ps impone una velocit? di rotazione di 43,7? per secondo (rispettivamente di n x 43,7? per secondo).

Il segnale video corrispondente ad immagini oblique per via della rotazione della camera ? ricomposto secondo l'invenzione al fine di poter formare immagini raddrizzate nel sistema di sfruttamento.

Il trattamento di segnale video effettuato nel circuito indicato con il numero di riferimento 9 nella figura 1 consiste nel ricomporre un segnale rappresentativa d'immagini classicamente analizzato da una camera termica, vale a dire di forma rettangolare, a partire da immagini di forma a parallelogramma ottenute nelle condizioni di utilizzo precedentemente descritte.

Un esempio di trattamento elettronico di segnale video ? ora descritto con riferimento alla figura 4.11 segnale video SV emesso dal circuito di lettura 8 ? campionato in un convertitore analogico-numerico CAN 12 ed i valori numerici di luminanza ottenuti sono memorizzati in una memoria di immagine 13. Ogni valore-di luminanza corrisponde ad un livello di flusso ricevuto da un sensore dato situato in una posizione nota, questa posizione essendo indirizzata nella memoria d'immagine 13 da un generatore di indirizzi 14 comandato da un sequenziatore 15. Una memoria di transito 16 preleva e restituisce certuni di questi valori numerici in connessione con la memoria 13; il ritmo di questi scambi ? regolato dal sequenziatore 15 in sincronismo con la scansione comandata dal modulo 17, il sequenziatore 15 fornendo dei segnali di orologio e dei segnali di comando all'insieme degli elementi di circuito 9. La memoria d'immagine 13 integra un registro a spostamento che fornisce in uscita un segnale SV' numerico, a eventualmente analogica dopo conversione in un convertitore CAN 18 secondo il tipo di sistema di-sfruttamento da mettere in opera.

I valori di luminanza prelevati e restituiti dalla memoria di?transito nella memoria d'immagine permettono di ricostituire un insieme di valori di luminanza corrispondenti ad un'immagine raddrizzata rettangolare. Per esempio, riportandosi alla figura 2c, i valori numerici di luminanza corrispondenti ad un'immagine raddrizzata 1 sono ottenuti nella maniera seguente: per una linea della parte alta dell'immagine, i valori di luminanza sono prelevati in memorie di trama corrispondenti ai parallelogrammi P2 e P3; per una linea della parte bassa dell'immagine, i valori di luminanza sono prelevati nelle memorie di trama corrispondenti ai parallelogrammi P1 e P2. Cos? la memoria di transito presenta, in questo esempio di reaiizzazione, tre memorie di trama ed offre il vantaggio di permettere una regolazione aleatoria dell'immagine 1.

L'invenzione non ? limitata agli esempi di reaiizzazione descritti e rappresentati. Pub essere interessante per esempio combinare il trattamento di ricomposizione del segnale descritto precedentemente ai trattamenti nati di accrescimento di contrasto o di risoluzione di immagine, ottenuti per somma dei livelli di luminanza nel circuito di lettura o nei circuiti esterni. D'altra parte ? ugualmente possibile utilizzare e adattare altri tipi di memoria per ricomporre il segnale video, ad esempio una memoria a tamburo

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento di formazione di immagini panoramiche di sorveglianza e di identificazione integrante una camera a scansione (C) che rilascia ad un sistema di sfruttamento (10), un segnale video (SV) rappresentativo di un'immagine formata mediante proiezione di una scena su di un detettore (2) a sensori multipli da un sistema di scansione (3, 4), caratterizzato dal fatto che consiste, in modo di sorveglianza, nel trascinare in rotazione la camera a scansione (C) ad una velocit? massimale tenuto conto delle limitazioni di stabilit? e di sicurezza, determinando la formazione di un'immagine obliqua secondo un asse inclinato (Y'Y), nell'espiorare il detettore secondo una velocit? adatta per formare immagini quasi giuntive, e nel ricomporre il segnale video rappresentativo affinch? l'immagine formata nel sistema di sfruttamento sia raddrizzata.
2. 2. Sistema di formazione di immagini panoramiche di sorveglianza e di identificazione per la messa in opera del procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che presenta una c?mera a infrarosso a scansione (C) fissata su di un sopporto (S> trascinato in rotazione da un motore (M) e dal fatto che il segnale video (SV) emesso da un circuito di lettura (?) del detettore (2) ? applicato ad un circuito di trattamento (9) con memorie (13, 16) per ricomporre a partire dal segnale video (SV) un segnale video (SV') rappresentativo di un'immagine raddrizzata che ? in seguito applicata al sistema di sfruttamento (10).
3. 3. Sistema di formazione di immagini secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che il circuito di trattamento (9) presenta un convertitore analogico-numerico (12) a cui ? applicata il segnale video emesso dal circuito di lettura (8), una memoria d'immagine (13) per memorizzare dei valori di luminanza forniti dal convertitore (12), un generatore di indirizzi (14) per dare un'informazione di posizione ad ogni valore di luminanza memorizzato, una memoria di transito (10) per scambiare certuni dei valori di luminanza memorizzati nella memoria (13) in modo da fornire ad un registro a spostamento integrato nella memoria d'immagine (13) dei valori di luminanza corrispondenti ad un segnale d'uscita (SV') rappresentativo di un'immagine raddrizzata, da applicare al sistema di sfruttamento (10).
4. 4. Sistema secondo la 'rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che la memoria di transita (16) presenta tre memorie di trama.
5. 5. Sistema di formazione di immagini secondo una delle rivendicazioni 2 o 3, caratterizzato dal fatto che la velocit? di scansione del detettore (2) ? regolata da un modulo di scansione (17) per ottenere delle immagini quasi giuntive e dal fatto che la velocit? di traseinamente della camera (C) ? regolata affinch? si produca uno spostamento di un numero intero di punti di immagine fra due linee di scansione.
6. 6. Sistema di formazione di immagini secondo una delle rivendicazioni da 2 a 5, caratterizzato dal fatto che il circuito di trattamento della composizione del segnale (9) ? combinato a dei circuiti di somma dei valori di luminanza destinati a migliorare l'immagine.
7. 7. Sistema di formazione di immagini secondo una delle rivendicazioni da 2 a 6, caratterizzato dal fatto che il sistema di sfruttamento (10) presenta una scatola di sfruttamento dei bersagli per localizzare un bersaglio individuato in modo di sorveglianza e per comandare l'arresto della camera nella direzione del bersaglio cosi localizzato.