WO2010072569A1 - Verfahren zur echtzeit-übertragung und -verarbeitung von in einem bildaufnehmenden sensor innerhalb eines beobachtungsbereiches anfallenden daten - Google Patents

Verfahren zur echtzeit-übertragung und -verarbeitung von in einem bildaufnehmenden sensor innerhalb eines beobachtungsbereiches anfallenden daten Download PDF

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Peter Reinartz
Michael Angermann
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Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C11/00Photogrammetry or videogrammetry, e.g. stereogrammetry; Photographic surveying
    • G01C11/02Picture taking arrangements specially adapted for photogrammetry or photographic surveying, e.g. controlling overlapping of pictures
    • G01C11/025Picture taking arrangements specially adapted for photogrammetry or photographic surveying, e.g. controlling overlapping of pictures by scanning the object

Definitions

  • the invention relates to a method for the real-time transmission of data obtained in an image-capturing sensor within an observation area to one or more user stations utilizing this data in real-time with assigned display device by way of an at least partially wirelessly operating data communication channel.
  • the accumulating amounts of data can typically exceed one at least partially wireless data communication channel can not be transmitted in real time.
  • the data in the user stations can not be processed or processed in real time.
  • the post-processing includes the correction of perspective and terrain distortions (orthorectification) using the position and position data of the sensor forming digital camera and digital terrain models.
  • Presently common methods of transferring groove utilization data into an imaging sensor within an observation area use either low resolutions or low field of view dimensions to enable real-time transmission and / or processing.
  • an immediate usability of the images recorded by the sensor in the user stations is dispensed with.
  • the data recorded by the sensor is recorded and available later, e.g. after landing of the aircraft carrying the sensor and subsequent offline processing.
  • the object of the present invention is to specify measures by applying a considerably lower technological expenditure, by means of which An immediate efficient image evaluation of the transmitted from an imaging sensor via an at least partially wireless data communication channel to user stations image data can be done, the sensor with its high sensitivity and its high resolution capacity can capture a wide range of observation and can deliver a large volume of data at high refresh rates ,
  • this object is achieved in that under the condition that the overall picture of the respective observation area of the sensor as an overview must be present only in reduced spatial resolution and at any time only partial sections of Total image in full spatial resolution in the user stations are needed and the necessary image resolution of a partial section or the overall picture is limited by the display device used by the user stations, at the request of the current user stations, the data of the requested relevant sub-sections of the overall picture in matching image resolution to the respective user stations in Real-time transmission and processing in real time there or in a previous central station, which forwards the processed data to the user stations in real time.
  • a high-resolution digital camera system can be advantageously used.
  • the image-capturing sensor can be advantageously used to capture a situation image to be displayed in real time in one or more user stations.
  • the position image acquisition by means of the image-receiving sensor can be carried out, for example, in the context of a traffic monitoring system, wherein the representation of observation areas and / or parts thereof in the display devices of the monitoring stations takes place in real time.
  • the position image acquisition by means of the image-receiving sensor can also be carried out as part of an earth observation, wherein the image-receiving sensor is on board a flying platform in the form of an earth observation satellite, an aircraft or a helicopter and the representation of observation areas and / or parts thereof in the display devices the Earth observation stations in real time.
  • the digital imaging sensor 1 mounted on a platform-forming earth observation satellite 2 is intended to have a large-area and high-resolution observation area 3.
  • Three user stations A, B and C arranged on the earth with their display devices 4, 5 and 6 are to be supplied simultaneously with real-time data from the earth observation satellite 2.
  • the earth observation satellite 2 is connected to a ground station 8 via a suitable wireless communication link 7. Via further terrestrial communication links 9, 10 and 11, which can work wireless or wired, the ground station 8 is connected to the user stations A, B and C, respectively.
  • the three user stations A, B and C are interested in different subsections of the total observed by the Earth observation satellite 2 observation area 3.
  • the area of interest of the respective user stations A, B and C is within the observation area 3 with the corresponding subclause designation A, B or C marked.
  • the method according to the invention does not use the entire observation area 3 in full resolution and processed. It is according to the present invention in the embodiment shown in the figure, only necessary to transmit the relatively small, the user stations B and C interesting subsections of the observation area 3 in relatively high image resolution and the larger, the user station A interesting subsection in relatively low image resolution and to process.
  • the subsections of interest to the respective user station A, B and C are selected and transmitted to the ground station 8.
  • the ground station 8 requests according to the interest of the user stations A, B and C, the necessary data of the three subsections at the observation satellite 2.
  • the data transmitted in real time via the wireless communication link 7 is then processed either centrally in the ground station 8 in real time and then selectively passed on via the communication links 9, 10 and 11 to the user stations A, B and C and there in the display devices 4, 5 or 6 in image form in real time or passed without processing in the ground station 8 in real time to the user stations A, B and C and processed there only in real time and displayed in the display devices 4, 5 and 6 in image form.
  • the sensor 1 can similarly be mounted on a different platform, eg on an aircraft, on a manned or unmanned helicopter or on a tower, instead of on a satellite, and from there on one to the user stations A, B and C in listed solved subsections selectively according to the method according to the present invention to be transmitted to observe area 3 capture.
  • a different platform eg on an aircraft, on a manned or unmanned helicopter or on a tower, instead of on a satellite, and from there on one to the user stations A, B and C in listed solved subsections selectively according to the method according to the present invention to be transmitted to observe area 3 capture.

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Abstract

Zur Echtzeit-Übertragung von in einem bildaufnehmenden Sensor (1) innerhalb eines Beobachtungsbereiches (3) anfallenden Daten zu diese Daten in Echtzeit verwertenden Nutzerstationen (A, B, C) mit zugeordneter Anzeigeeinrichtung (4, 5, 6) im Wege über einen zumindest teilweise drahtlos arbeitenden Datenkommunikationskanal (7; 9, 10, 11) werden unter der Voraussetzung, dass das Gesamtbild des jeweiligen Beobachtungsbereichs als Überblick nur in reduzierter räumlicher Bildauflösung vorliegen muss und zu jedem Zeitpunkt nur Teilausschnitte des Gesamtbildes in voller räumlicher Bildauflösung in den Nutzerstationen benötigt werden und die notwendige Bildauflösung eines Teilausschnittes oder auch des Gesamtbildes durch die verwendete Anzeigeeinrichtung der Nutzerstationen begrenzt ist, auf Anforderung der aktuellen Nutzerstationen die Daten der angeforderten relevanten Teilausschnitte des Gesamtbildes in passender Bildauflösung zu den jeweiligen Nutzerstationen in Echtzeit übertragen und in Echtzeit dort oder in einer vorangehenden zentralen Station (8), welche die verarbeiteten Daten an die Nutzerstationen in Echtzeit weiterleitet, auch verarbeitet. Anwendung bei Lagebilderfassungen, z. B. Verkehrsüberwachungen und Erdbeobachtungen.

Description

Unser Zeichen : 094110wo/KB/we
Ihr Zeichen : 2006/051
9. Dezember 2009
Verfahren zur Echtzeit-Übertragung und -Verarbeitung von in einem bildaufnehmenden Sensor innerhalb eines
Beobachtungsbereiches anfallenden Daten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Echtzeit-Übertragung von in einem bildaufnehmenden Sensor innerhalb eines Beobachtungsbereiches anfallenden Daten zu einer oder mehreren diese Daten in Echtzeit verwertenden Nutzerstationen mit zugeordneter Anzeigeeinrichtung im Wege über einen zumindest teilweise drahtlos arbeitenden Datenkommunikationskanal.
Die fortschreitende technologische Verbesserung digitaler bildgebender Sensoren in Bezug auf deren Empfindlichkeit und Auflösung führt zu immer größeren durch die Beobachtung erfassbaren Bereichen, zu höherer Bilddetailauflösung und zu zunehmenden Bildwiederholraten. Eine der daraus entstehenden Kon- Sequenzen besteht darin, dass sich das vom Sensor gelieferte Datenvolumen drastisch erhöht.
Der gleichzeitig stattfindende technologische Fortschritt auf dem Gebiet der Speicherung elektronischer Daten in Bezug auf Schreibgeschwindigkeit und Kapazität kann jedoch mit dieser Entwicklung Schritt halten, so dass die vom bildaufnehmenden Sensor ausgegebenen Daten während der Beobachtung gespeichert und zu einem späteren Zeitpunkt verarbeitet werden können. Für Anwendungen ohne Echtzeitanforderungen, z.B. bei Kartographierungen, entstehen also keine grundsätzlichen Probleme.
Eine Vielzahl von Anwendungen erfordert jedoch eine Verarbeitung und Anzeige der Daten in Echtzeit. Hierbei kommt es zu zwei grundlegenden Problemen. Zum einen können die anfallenden Datenmengen über einen typischerweise zumindest teilweise drahtlos arbeitenden Datenkommunikationskanal nicht in Echtzeit übertragen werden. Zum anderen können die Daten in den Nutzerstationen nicht in Echtzeit verarbeitet oder aufbereitet werden.
Ein Beispiel hierfür ist die notwendige Nachbearbeitung der Beobachtungsdaten eines bildgebenden Sensors, der sich an Bord einer fliegenden Plattform befindet, z.B. an Bord eines Flugzeugs, eines Hubschraubers oder eines Satelliten. Die Nachbearbeitung umfasst hierbei die Korrektur perspektivischer und geländebedingter Verzerrungen (Orthorektifizierung) unter Verwendung der Positions- und Lagedaten der den Sensor bildenden digitalen Kamera und digital vorliegender Geländemodelle.
Bei derzeit üblichen Verfahren zur Übertragung von in einem bildaufnehmenden Sensor innerhalb eines Beobachtungsbereiches anfallenden Daten zu Nut- zerstationen werden entweder niedrige Auflösungen oder ein geringes Blickfeldausmaß verwendet, um eine Übertragung und/oder Verarbeitung in Echtzeit zu ermöglichen. Alternativ wird auf eine sofortige Verwendbarkeit der vom Sensor aufgenommenen Bilder in den Nutzerstationen verzichtet. In diesem Fall werden die vom Sensor aufgenommenen Daten aufgezeichnet und stehen erst später zur Verfügung, z.B. nach Landung des den Sensor tragenden Flugzeugs und anschließender Offline-Bearbeitung.
Für viele Anwendungsbereiche, beispielsweise bei der Verkehrsüberwachung oder bei der aktuellen Lagebilderfassung für Einsatzkräfte bei Großveranstal- tungen, Katastrophen oder Demonstrationen, ist allerdings eine sofortige Verfügbarkeit der Daten und damit der diesen Daten zugeordneten Bilder unbedingt erforderlich. Dies ist derzeit in der geforderten Bildauflösung bzw. Abdeckung nicht oder nur unter massivem Einsatz äußerst aufwendiger und kostenintensiver Technologie, z.B. unter Aufbietung von umfangreichen Parallel- rechnern, möglich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, unter Aufbringen eines erheblich geringeren technologischen Aufwandes Maßnahmen anzugeben, mittels wel- chen eine sofortige effiziente Bildauswertung der von einem bildgebenden Sensor über einen zumindest teilweise drahtlos arbeitenden Datenkommunikationskanal zu Nutzerstationen übertragenen Bilddaten erfolgen kann, wobei der Sensor mit seiner hohen Empfindlichkeit und seinem großen Auflösungs- vermögen einen umfangreichen Beobachtungsbereich erfassen und bei hohen Bildwiederholraten ein großes Datenvolumen liefern kann.
Gemäß der Erfindung, die sich auf ein Verfahren der eingangs genannten Art bezieht, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass unter der Voraussetzung, dass das Gesamtbild des jeweiligen Beobachtungsbereichs des Sensors als Überblick nur in reduzierter räumlicher Bildauflösung vorliegen muss und zu jedem Zeitpunkt nur Teilausschnitte des Gesamtbildes in voller räumlicher Bildauflösung in den Nutzerstationen benötigt werden und die notwendige Bildauflösung eines Teilausschnittes oder auch des Gesamtbildes durch die verwendete Anzeigeeinrichtung der Nutzerstationen begrenzt ist, auf Anforderung der aktuellen Nutzerstationen die Daten der angeforderten relevanten Teilausschnitte des Gesamtbildes in passender Bildauflösung zu den jeweiligen Nutzerstationen in Echtzeit übertragen und in Echtzeit dort oder in einer vorangehenden zentralen Station, welche die verarbeiteten Daten an die Nutzer- Stationen in Echtzeit weiterleitet, auch verarbeitet werden.
Als bildaufnehmender Sensor kann in vorteilhafter Weise ein hochauflösendes digitales Kamerasystem verwendet werden.
Der bildaufnehmende Sensor lässt sich vorteilhaft zur Erfassung eines Lagebildes verwenden, das in Echtzeit in einer oder mehreren Nutzerstationen dargestellt werden soll.
Die Lagebilderfassung mittels des bildaufnehmenden Sensors kann z.B. im Rahmen eines Verkehrsüberwachungssystems vorgenommen werden, wobei die Darstellung von Beobachtungsgebieten und/oder Teilen davon in den Anzeigeeinrichtungen der Überwachungsstationen in Echtzeit erfolgt. Die Lagebilderfassung mittels des bildaufnehmenden Sensors kann aber auch im Rahmen einer Erdbeobachtung vorgenommen werden, wobei sich der bildaufnehmende Sensor an Bord einer fliegenden Plattform in Form eines Erdbeobachtungssatelliten, eines Flugzeugs oder eines Hubschraubers befindet und die Darstellung von Beobachtungsgebieten und/oder Teilen davon in den Anzeigeeinrichtungen der Erdbeobachtungsstationen in Echtzeit erfolgt.
Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen und Ausgestaltungen des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung sind in den sich auf den Patentan- spruch 1 unmittelbar oder mittelbar rückbeziehenden Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend im Einzelnen anhand eines in einer Figur schematisch dargestellten, vorteilhaften Ausführungsbeispiels erläutert.
In dem in der beigefügten Figur gezeigten Ausführungsbeispiel soll der digitale, bildgebende Sensor 1, der auf einem eine Plattform bildenden Erdbeobachtungssatelliten 2 angebracht ist, einen großflächigen und hochaufgelösten Beobachtungsbereich 3 haben. Drei auf der Erde angeordnete Nutzerstationen A, B und C mit ihren Anzeigeeinrichtungen 4, 5 bzw. 6 sollen gleichzeitig mit Echtzeitdaten des Erdbeobachtungssatelliten 2 versorgt werden.
Der Erdbeobachtungssatellit 2 ist über eine geeignete drahtlose Kommunikationsverbindung 7 mit einer Bodenstation 8 verbunden. Über weitere, terrestrische Kommunikationsverbindungen 9, 10 und 11, die drahtlos oder draht- gebunden arbeiten können, ist die Bodenstation 8 mit den Nutzerstationen A, B bzw. C verbunden. Die drei Nutzerstationen A, B und C interessieren sich für verschiedene Teilausschnitte des vom Erdbeobachtungssatelliten 2 insgesamt erfassten Beobachtungsbereichs 3. Der Bereich von Interesse der jeweiligen Nutzerstationen A, B und C ist innerhalb des Beobachtungsbereichs 3 mit der entsprechenden Teilausschnitt-Bezeichnung A, B bzw. C gekennzeichnet.
Im Gegensatz zu den bekannten und bisher üblichen Verfahren wird bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung nicht der gesamte Beobachtungs- bereich 3 in voller Auflösung übertragen und verarbeitet. Es ist gemäß der vorliegenden Erfindung bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel lediglich notwendig, die verhältnismäßig kleinen, die Nutzerstationen B und C interessierenden Teilausschnitte des Beobachtungsbereichs 3 in relativ hoher Bildauflösung und den größeren, die Nutzerstation A interessierenden Teilausschnitt in relativ niedriger Bildauflösung zu übertragen und zu verarbeiten.
Je nach verwendetem Sensor und Einsatzszenario kann ein Faktor 10 bis 100 in der Übertragungs- und Verarbeitungskapazität eingespart werden. Beim Verfahren nach der vorliegenden Erfindung erfolgt somit eine selektive Übertragung und Verarbeitung der relevanten Teilausschnitte des Beobachtungsbereichs 3 in geeigneter Auflösung auf Anforderung der aktuellen Nutzerstationen A, B bzw. C.
Durch geeignete Nutzerschnittstellen werden die die jeweilige Nutzerstation A, B und C interessierenden Teilausschnitte ausgewählt und an die Bodenstation 8 übertragen. Die Bodenstation 8 fordert entsprechend dem Interesse der Nutzerstationen A, B und C die notwendigen Daten der drei Teilausschnitte beim Beobachtungssatelliten 2 an.
Die über die drahtlose Kommunikationsverbindung 7 in Echtzeit übertragenen Daten werden dann entweder zentral in der Bodenstation 8 in Echtzeit verarbeitet und dann selektiv über die Kommunikationsverbindungen 9, 10 und 11 an die Nutzerstationen A, B und C weitergegeben und dort in den Anzeigeein- richtungen 4, 5 bzw. 6 in Bildform in Echtzeit dargestellt oder ohne Verarbeitung in der Bodenstation 8 in Echtzeit an die Nutzerstationen A, B und C weitergegeben und erst dort in Echtzeit verarbeitet und in den Anzeigeeinrichtungen 4, 5 bzw. 6 in Bildform dargestellt.
Der Sensor 1 kann in ähnlicher Weise anstelle auf einem Satelliten auch auf einer anders gearteten Plattform, z.B. an einem Flugzeug, an einem bemannten oder unbemannten Hubschrauber oder auf einem Turm, angebracht werden und von dort einen an die Nutzerstationen A, B und C in geeignet aufge- lösten Teilausschnitten selektiv entsprechend dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zu übertragenden Beobachtungsbereich 3 erfassen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Echtzeit-Übertragung von in einem bildaufnehmenden Sensor innerhalb eines Beobachtungsbereiches anfallenden Daten zu ei- ner oder mehreren diese Daten in Echtzeit verwertenden Nutzerstationen mit zugeordneter Anzeigeeinrichtung im Wege über einen zumindest teilweise drahtlos arbeitenden Datenkommunikationskanal, dadurch gekennzeichnet, dass unter der Voraussetzung, dass das Gesamtbild des jeweiligen Beobachtungsbereichs (3) des Sensors (1) als Überblick nur in reduzierter räumlicher Bildauflösung vorliegen muss und zu jedem Zeitpunkt nur Teilausschnitte des Gesamtbildes in voller räumlicher Bildauflösung in den Nutzerstationen (A, B, C) benötigt werden und die notwendige Bildauflösung eines Teilausschnittes oder auch des Gesamtbildes durch die verwendete Anzeigeeinrichtung (4, 5, 6) der Nutzersta- tionen begrenzt ist, auf Anforderung der aktuellen Nutzerstationen (A,
B, C) die Daten der angeforderten relevanten Teilausschnitte des Gesamtbildes in passender Bildauflösung zu den jeweiligen Nutzerstationen in Echtzeit übertragen und in Echtzeit dort oder in einer vorangehenden zentralen Station (8), welche die verarbeiteten Daten an die Nutzersta- tionen in Echtzeit weiterleitet, auch verarbeitet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als bildaufnehmender Sensor (1) ein hochauflösendes digitales Kamerasystem verwendet wird .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der bildaufnehmende Sensor (1) ein Lagebild zur Echtzeit-Darstellung in einer oder mehreren Nutzerstationen (A, B, C) erfasst.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagebilderfassung mittels des bildaufnehmenden Sensors (1) im Rahmen eines Verkehrsüberwachungssystems vorgenommen wird, wobei die Darstellung des zu überwachenden Gebiets und/oder Teilen davon in den Anzeigeeinrichtungen (4, 5, 6) der Überwachungsstationen in Echtzeit erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage- bilderfassung mittels des bildaufnehmenden Sensors (1) im Rahmen einer Erdbeobachtung vorgenommen wird, wobei sich der bildaufnehmende Sensor an Bord einer fliegenden Plattform in Form eines Erdbeobachtungssatelliten (2), eines Flugzeugs oder eines Hubschraubers befindet und die Darstellung von Beobachtungsgebieten und/oder Teilaus- schnitten davon in den Anzeigeeinrichtungen (4, 5, 6) der Erdbeobachtungsstationen in Echtzeit erfolgt.
PCT/EP2009/066762 2008-12-23 2009-12-09 Verfahren zur echtzeit-übertragung und -verarbeitung von in einem bildaufnehmenden sensor innerhalb eines beobachtungsbereiches anfallenden daten WO2010072569A1 (de)

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