NO340449B1 - Fremgangsmåte og system for fotografering fra et objekt i spinn i en luftbane - Google Patents

Description

Fagfelt

Denne oppfinnelse gjelder en fremgangsmåte for å vise, på en skjerm på en fast stasjon som gjerne kan kalles en post, fortløpende bilder av en scene eller et område som et flygende legeme er på vei mot under sin egenrotasjon, benevnt spinn, om sin langsgående sentrale akse. Oppfinnelsen gjelder likeledes et system for en slik fremgangsmåte.

Oppfinnelsen er særlig, men ikke utelukkende innrettet mot styring av et slikt flygende legeme i form av et angrepsmissil som under spinn om sin sentrale lengde-eller rotasjonsakse (spinnaksen), og oppfinnelsen vil særlig gjennomgås og forklares nærmere i forbindelse med en slik anvendelse av fremgangsmåten.

Bakgrunn

Det er kjent slike spinnmissiler som under sin bevegelse blir styrt mot et mål, for eksempel en stridsvogn, fra en utskytingspost av stasjonær type og utrustet med et apparat for å ta bilder og en visningsskjerm. Følgelig kan en operatør se på skjermen fortløpende bilder av den scene eller det område hvor målet befinner seg, og disse bilder overføres til skjermen fra apparatet og kan la operatøren styre missilet på riktig måte mot målet.

Et slikt system har imidlertid ulempen med at missilet selv hele tiden følges av bildesystemet slik at det kommer til å være med på alle bildene, og dessuten slik at flammer og/eller røk fra drivmekanismen i missilet kommer til å skjule store deler av det avbildede område, hvilket kan redusere nøyaktigheten ved styringen av missilet mot målet.

For å søke å avhjelpe denne ulempe kan man tenke seg at man i analogi med visse missiler som er stabiliserte i spinn sin bane, monterer et kamera om bord på missilet selv. Det må da være anordnet en plattform som også er stabilisert når det gjelder spinn om lengdeaksen, for å få montert et slikt kamera. Kostnaden for en slik plattform av stabilisert type er betydelig, og det er heller ikke særlig fornuftig å bruke en slik plattform om bord på et missil hvis destruksjon forutsettes allerede ved førstegangs bruk.

EP0447080 (ATOMIC ENERGY AUTHORITY, 1991.09.18) beskriver et system og en metode for å frembringe forløpende avbildninger av et område på en visningsskjerm tilhørende en stasjonær utskytingspost, hvor et flygende legeme er underveis mot området. Et apparat er festet på det flygende legeme for å ta bilder, i det festet utføres slik at apparatet blir forbundet med legemet, fotografering ved hjelp av apparat under omløp av legemet, fastleggelse av et referansebilde ut fra de bilder som tas og hvis relative posisjon mellom avbildningen av området og konturene av bildet betraktes å være relativ referanseposisjon, bildebehandling av hver avbildning av området og fortløpende vising av behandlende bilder sammen med et referansebilde på visningsskjermen.

Oppsummering

Oppfinnelsen har således som mål å unngå også disse ulemper. Man har derfor foreslått en fremgangsmåte for å frembringe forløpende avbildninger av et område på en visningsskjerm tilhørende en stasjonær utskytingspost, hvor et flygende legeme (vist som M på tegningene, som kan være et missil) som settes i rotasjon om sin sentrale lengdeakse i et utskytingsøyeblikk og er underveis mot området og samtidig står i forbindelse med stasjonen via en forbindelse, kjennetegnet ved feste av et apparat på det flygende legeme for å ta bilder av dette, idet festet utføres slik at det utgjør en stiv forbindelse med legemet og slik at apparatet kommer til å dreie seg rundt sammen med dette, om lengdeaksen, fotografering ved hjelp av apparatet under hvert omløp av legemet om aksen, av flere bilder av området, idet hvert bilde representerer en forhåndsbestemt vinkelposisjon av legemet om aksen, slik at konturene av disse bilder kommer til å være dreid på forskjellig måte i forhold til hverandre og hvor avbildningen av området og konturen opptar en relativ posisjon som er avhengig av den forhåndsbestemte vinkelposisjon av legemet, idet posisjonen er forskjellig fra de øvrige avbildninger, fastleggelse av et referansebilde av de bilder som tas, hvor den relative posisjon mellom avbildningen av området og konturen betraktes å være en relativ referanseposisjon, bildebehandling av hver avbildning av området og gitt av hvert bilde, men med unntak av referansebildet, idet bildebehandlingen innebærer en geometrisk transformasjon slik at den relative posisjon av det transformerte bilde av området i forhold til konturen tilsvarer den relative referanseposisjon, og forløpende visning på visningsskjermen av referansebildet og de bilder som har gjennomgått bildebehandlingen.

På denne måte vil det flygende legeme, særlig i form av et missil ikke komme inn i siktet og altså ikke inn på bildene, og man behøver heller ikke anordne noen stabilisert plattform på missilets overflate.

Et system som kan utføre denne fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen kan særlig omfatte: - minst ett flygende legeme (M) som settes i rotasjon om sin sentrale lengdeakse (L-L) under oppstart av flygningen eller sin bevegelse i bane fremover, - en stasjonær tast (PT) utrustet med en visningsskjerm (3) for å vise bilder av et område (S) som det flygende legeme (M) beveger seg mot under sitt spinn om sin

sentrale rotasjonsakse, og

- en forbindelse (1) som tillater kommunikasjon mellom dette legeme (M) og den stasjonære post (PT), kjennetegnet ved: - et apparat (2) for å ta bilder og festet stift til den fremre del av det flygende legeme (M) for å ta bilder av området (S), - et system (4) for styring av apparatet (2) for aktivering av dette ved flere forhåndsbestemte vinkelstillinger av legemet (M) om dettes sentrale lengdeakse (L-L), og - en omvandler (6) for geometrisk bildetransformasjon og innrettet for å presentere de bilder som er tatt av apparatet (2) ved de enkelte vinkelstillinger, til en posisjon som tilsvarer avbildningen (s) av området (S) når det gjelder konturen (C) av bildene.

(Tall og bokstaver i parentes refererer til tegningene som følger beskrivelsen og skal gjennomgås nedenfor.)

Fortrinnsvis er systemet slik at systemet (4) er i form av et gyroskopsystem anordnet om bord på legemet (M) og følsomt for rotasjonen av dette om sin lengdeakse.

Motsatt og av åpenbare grunner for nyttelasten om bord på det flygende legeme eller missilet vil det være fordelaktig dersom midlene for bildebehandling er anordnet i den stasjonære post. I dette tilfellet vil forbindelsen mellom apparatet (2) og omvandleren (6) utgjøres av forbindelsen (1) mellom legemet (M) og den stasjonære post. Videre vil det være fordelaktig at sekvensinndelingen for virkemåten av omvandleren (6) styres av systemet (4) via forbindelsen (1) mellom legemet (M) og den stasjonære post. Når det gjelder belysning av scenen eller målområdet kan det ofte være at denne belysning er utilstrekkelig for å få tatt gode bilder, og ifølge oppfinnelsen kan da systemet omfatte belysningsmidler anordnet om bord på legemet (M) og innrettet for å belyse området. Lysstrålene for belysning kan være synkroniserte med apparatet for å ta bilder, og fortrinnsvis er midlene for å frembringe disse lysstråler for belysning integrert i dette apparat.

Kort omtale av figurene

På tegningene er vist hvordan oppfinnelsen kan utføres, og samme henvis-ningstall og -bokstaver kan gå igjen fra figur til figur når det gjelder samme eller tilsvarende element.

Figur 1 viser skjematisk et system for fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, figur 2 viser et synoptisk skjema for dette system, og

figur 3 viser skjematisk hvordan systemet vist på fig. 1 og 2 virker.

Detaljert beskrivelse

På fig. 1 har man altså skjematisk vist et angrepsmissil M som er på vei mot et mål T som utgjør, sammen med andre elementer E (av hvilke bare ett enkelt er vist) en scene eller et område S. Missilet M er av spinntypen slik at det roterer om sin sentrale lengeakse L-L, i den retning som er indikert med pilen F på samtlige tegninger.

Missilet M sendes ut fra en utskytingspost PT av stasjonær type og betjent av minst én operatør (ikke vist). Missilet og utskytingsposten har en forbindelse 1 også etter at førstnevnte er skutt ut, for utveksling av informasjon. En slik forbindelse 1 kan være realisert ved radiobølger eller en elektrisk eller optisk kabel som rulles ut fra missilet M i sin bane.

I spissen har missilet M et kamera 2 som kan være av elektronisk CCD- eller CMOS-type, og dette kameraet er rettet fremover mot området S og fanger opp lysstråler R fra dette. Eventuelt kan missilet ha midler for belysning av området foran, slik at det sendes ut lysstråler I forover for å lyse opp området S. Disse midler for å sende ut lysstrålene fremover kan være inkorporert i kameraet 2.

Utskytingsposten PT har baktil på tegningen en visningsskjerm 3 på hvilken man kan se de bilder som blir tatt av området S ved hjelp av kameraet 2, idet bildeinformasjonen blir overført fra missilet til utskytingsposten via forbindelsen 1.

På vanlig måte har man i missilet et gyrosystem 4 (se fig. 2) for avstands- og posisjonsmålinger underveis. Dette system 4 er særlig slik at det gir ut den momentane rotasjonsvinkel 0 i forhold til en vertikallinje Z-Z (se fig. 3).

Kameraet 2 styres av systemet 4 på slik måte at hver gang missilet utfører et omløp om lengdeaksen L-L tar bildet for eksempel fire bilder V0, V90, Vi8o og V270av området S, nemlig når vinkelen 0 passerer vinklene 0°, 90°, 180° og 270° (se fig. 3).

Hvis for eksempel spinnhastigheten (rotasjonshastigheten) av missilet M ligger mellom 5 og 10 omløp pr. sekund vi kameraet 2 ta 20-40 bilder i sekundet.

For å unngå at bildene blir uskarpe når de blir tatt over et så kort tidsintervall, bruker man gjerne hurtigavbildning ("snapshot") hvor man får en simultan oppsamling av bilder over samtlige bildeelementer i kameraets opptaksmatrise under en kort integrasjonstid.

Utskytingsposten PT har videre et bildelager 5 for opptak av bilder på elektronisk form fra kameraet 2 og overført via forbindelsen 1. Posten har også en bildeomvandler 6 for geometrisk transformasjon av bilder og innskutt mellom lageret 5 og skjermen 3. Omvandleren 6 er gjerne av typen WARPER og kan blant annet inneholde komponenten TMC 2301 fra TRW LSI, USA og kalt en sekvenskomponent for bildeomsampling.

Som kameraet 2 er bildeomvandleren 6 også sekvensinndelt av de sekvens-signaler som kommer fra gyrosystemet 4 og overføres via forbindelsen 1, idet dette i posten PT er symbolisert med forbindelsen 7.

Slik det fremgår av fig. 3 tar kameraet 2 følgende bilder under et omløp av missilet M om sin lengdeakse L-L: et referansebilde V0hvor en avbildning s (representert ved silhuetten av et mål T

på fig. 3) av området S og tilsvarende vinkelen 0 = 0°, og referansebildets kontur C

har som vist en nedre kant B og en øvre kant H,

et bilde V90som tilsvarer 0 = 90° og hvis orientering er 90° i forhold til referansebildet V0, slik at kantene B og H nå blir henholdsvis venstre og høyre kant

på bildet,

et bilde Vi8o som tilsvarer 0 = 180° og hvis orientering er snudd 180° i forhold til

referansebildet, slik at øvre kant i dette nå blir nedre kant og omvendt, og

et bilde V270 som tilsvarer 0 = 270° og hvor orienteringen er ført ytterligere 90°

videre slik at opprinnelig øvre kant H nå blir venstre kant og opprinnelig nedre kant B blir høyre kant.

For å sikre at skjermen 3 viser den relative posisjon i avbildningen s av området S og slik at konturen C hele tiden er den samme i samtlige fire bilder under omløpet utfører bildeomvandleren 6 følgende transformasjon: ved en første transformasjon ti omvandles bildet V90til V'90og hvor avbildningen s dreies 90°, slik at øvre og nedre kant av omkretsen C blir B

henholdsvis H som i bildet V0,

ved en transformasjon t2 overføres bildet Vi8o til et bilde V'i80 ved total (keining 180°, slik at øvre og nedre kant av omkretsen fortsatt blir holdt lik H

henholdsvis B som i bildet V0, og

ved den transformasjon t3 hvor bildet V270 overføres til et bilde V'270 hvor tegningen altså blir 270° og hvor øvre og nedre kant blir opprettholdt som i bildet V0.

På denne måte kan bildene V0, V'90, V'i80og V'270fortløpende vises på skjermen 3 slik at operatøren får riktig inntrykk av kontinuiteten ved av avbildningen av området S.

Eventuelt vil man dersom det er lite lys fra området S kunne anordne belysningsmidler i apparatet eller kameraet 2, og slik at det sendes ut lysstråler I ved behov og i synkronisme med bildene som tas av kameraet. Særskilt kan man for belysningen bruke en diodelaser eller en laser av typen Vcsei.

Claims (7)

1 Fremgangsmåte for å frembringe forløpende avbildninger (s) av et område (S) på en visningsskjerm (3) tilhørende en stasjonær utskytingspost (PT), hvor et flygende legeme (M), særlig et missil, som settes i rotasjon om sin sentrale lengdeakse (L-L) i et utskytingsøyeblikk og er underveis mot området (S) og samtidig står i forbindelse med stasjonen (PT) via en forbindelse (1),karakterisert ved: - feste av et apparat (2) på det flygende legeme (M) for å ta bilder fra dette, idet festet utføres slik at apparatet blir stivt forbundet med legemet og kommer til å dreie seg rundt sammen med dette, om lengdeaksen (L-L), - fotografering ved hjelp av apparatet (2) under hvert omløp av legemet (M) om aksen, av flere bilder av området (S), idet hvert bilde representerer en forhåndsbestemt vinkelposisjon av legemet (M) om aksen (L-L), slik at konturene av disse bilder kommer til å være dreid på forskjellig måte i forhold til hverandre og hvor avbildningen (s) av området (S) og konturen (C) opptar en relativ posisjon som er avhengig av den forhåndsbestemte vinkelposisjon av legemet (M), idet posisjonen er forskjellig fra de øvrige avbildninger, - fastleggelse av et referansebilde (Vo) ut fra de bilder som tas og hvis relative posisjon mellom avbildningen (s) av området (S) og konturen (C) betraktes å være en relativ referanseposisjon, - bildebehandling av hver avbildning (s) av området (S), gitt av hvert bilde, men med unntak av referansebildet, i form av en geometrisk transformasjon slik at den relative posisjon av det transformerte bilde av området i forhold til konturen (C) tilsvarer den relative referanseposisjon, og - fortløpende visning på visningsskjermen (3) av referansebildet og de bilder som har gjennomgått bildebehandlingen.

2 System som omfatter: - minst ett flygende legeme (M) som settes i rotasjon om sin sentrale lengdeakse (L-L) under en oppstart av flygingen eller sin bevegelse i bane fremover, - en stasjonær post (PT) utrustet med en visningsskjerm (3) for å vise bilder av et område (S) som det flygende legeme (M) beveger seg mot under sitt spinn om sin sentrale rotasjonsakse (L-L), og - en forbindelse (1) som tillater kommunikasjon mellom dette legeme (M) og den stasjonære post (PT),karakterisert ved: - et apparat (2) for å ta bilder og festet stift til den fremre del av det flygende legeme (M) for å ta bilder av området (S), - et system (4) for styring av apparatet (2) for aktivering av dette ved flere forhåndsbestemte vinkelstillinger av legemet (M) om dettes sentrale lengdeakse (L-L), og - en omvandler (6) for geometrisk bildetransformasjon og innrettet for å presentere de bilder som er tatt av apparatet (2) ved de enkelte vinkelstillinger, til en posisjon som tilsvarer avbildningen (s) av området (S) når det gjelder konturen (C) av bildene.

3 System ifølge krav 2,karakterisert vedat systemet (4) er i form av et gyroskopsystem anordnet om bord på system (M) og følsomt for rotasjonen av dette om sin lengdeakse (L-L).

4 System ifølge ett av kravene 2 eller 3,karakterisert vedat omvandleren (6) er anordnet i den stasjonære post (PT).

5 System ifølge krav 4,karakterisert vedat forbindelsen mellom apparatet (2) og omvandleren (6) utgjøres av forbindelsen (1) mellom legemet (M) og den stasjonære post (PT).

6 System ifølge krav 3 og 4,karakterisert vedat sekvensinndelingen for virkemåten av omvandleren (6) styres av systemet (4) via forbindelsen (1) mellom legemet (M) og den stasjonære post (PT).

7 System ifølge ett av kravene 2-6,karakterisert vedå omfatte belysningsmidler anordnet om bord på legemet (M) og innrettet for å belyse området (S).