WO2012095136A1 - Device and method for finding a shooter - Google Patents

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WO2012095136A1
WO2012095136A1 PCT/EP2011/006265 EP2011006265W WO2012095136A1 WO 2012095136 A1 WO2012095136 A1 WO 2012095136A1 EP 2011006265 W EP2011006265 W EP 2011006265W WO 2012095136 A1 WO2012095136 A1 WO 2012095136A1
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telecamera
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Gordian Vilmar
Günther HERMSTRÜWER
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Rheinmetall Defence Electronics Gmbh
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Abstract

The invention relates to a device (1) for finding a shooter, comprising a thermal imaging camera (3), a control unit (8) and a carrier (5), which can be oriented by means of a drive (4) and on which a laser range finder (6) is arranged, wherein the control unit (8) is designed to detect a muzzle flash in the image of the thermal imaging camera (3), actuate the drive (4) of the carrier (5) such that the laser range finder (6) locates the site of the muzzle flash, and find the range to the site located by means of the laser range finder (6).

Description

B E S C H R E I B U N G  DESCRIPTION
Vorrichtung und Verfahren zur Schützenortung Apparatus and method for shooter location
In einer Vielzahl von Situationen ist es wünschenswert oder erforderlich, einen Schützen, also eine Person oder auch eine Vorrichtung, die mit einer Waffe einen Schuss abgefeuert hat, zu orten. Einen Schützen zu orten bedeutet, den Ort beziehungsweise die Position des Schützen zu ermitteln. Dabei ist eine besondere Anforderung, den Schützen möglichst schnell zu orten, da dieser seine Position nach Abgabe des Schusses möglicherweise ändert, ohne selber einer Gefährdung ausgesetzt zu sein. In a variety of situations it is desirable or necessary to locate a shooter, ie a person or even a device that has fired a shot with a weapon. To locate a shooter means to determine the location or position of the shooter. It is a special requirement to locate the shooter as quickly as possible, since this may change its position after delivery of the shot, without being exposed to a hazard.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Schützenortung bereitzustellen, das zumindest einigen dieser Anforderungen genügt. Diese Aufgabe wird gelöst durch die unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ortung eines Schützen weist eine Wärmebildkamera, eine Steuereinrichtung und einen mittels eines Antriebs ausrichtbaren Träger, an dem ein Laserentfernungsmesser angeordnet ist, auf. Der Laserentfernungsmesser ist starr mit dem Träger verbunden. Die Steuereinrichtung ist dazu ausgebildet, nach der Detektion eines Mündungsblitzes in dem Bild der Wärmebildkamera den Antrieb des Trägers so anzusteuern, dass der Laserentfernungsmesser den Ort des Mündungsfeuers anpeilt, um mittels des Laserentfernungsmessers eine Entfernungsmessung zum angepeilten Ort durchzuführen. Der Träger kann Teil des Laserentfernungsmessers sein. It is the object of the present invention to provide a shooter location apparatus and method that meets at least some of these requirements. This object is achieved by the independent claims. Advantageous embodiments are specified in the dependent claims. A device according to the invention for locating a shooter has a thermal imaging camera, a control device and a carrier which can be oriented by means of a drive and on which a laser rangefinder is arranged. The laser rangefinder is rigidly connected to the carrier. The control device is designed, after the detection of a muzzle flash in the image of the thermal imager, the drive of the To control the carrier so that the laser rangefinder the location of the muzzle flashes targeted to perform by means of the laser rangefinder, a distance measurement to the targeted location. The carrier may be part of the laser rangefinder.
Die Wärmebildkamera weist einen definierten Erfassungsbereich auf, der auf ein Wärmebild abgebildet wird. Das Mündungsfeuer, das auch als Mündungsblitz bezeichnet wird, ist üblicherweise wenige Millisekunden lang und erzeugt in dieser Zeit ein typisches Muster in dem Wärmebild, beispielsweise in einem mittleren oder dem optischen Spektrum fernen Infrarotbereich. Die Steuereinrichtung detektiert dieses Muster in dem Bild der Wärmebildkamera, beispielsweise mit einem Auswertealgorithmus. Anhand der Position des Musters in dem Bild, zum Beispiel in Form von Bildkoordinaten, und der bekannten, unveränderlichen Ausrichtung der Wärmebildkamera kann die Steuereinrichtung die Richtung bestimmen, aus der der Mündungsblitz eingefallen ist. Auf einer Geraden von der Vorrichtung aus in diese Richtung befindet sich der Schütze. Die Richtung ist bevorzugt als Kombination aus Azimut und Elevation angegeben. Sobald die Richtung bekannt ist, steuert die Steuereinrichtung den Antrieb des Trägers so an, dass der Laserentfernungsmesser den Ort des Mündungsfeuers anpeilt. Der Laserstrahl des Laserentfernungsmessers ist bevorzugt augensicher und entspricht beispielsweise der Laserschutzklasse 1. Dabei verläuft der Laserstrahl des Laserentfernungsmessers, der bevorzugt im Infrarotspektrum liegt, bevorzugt auf der Geraden zwischen der Vorrichtung und dem Mündungsfeuer beziehungsweise parallel dazu. Damit ist der Laserstrahl auf das Ziel ausgerichtet. Optional ist der Laserentfernungsmesser auf einen Punkt geringfügig unter der im Wärmebild detektierten Richtung des Mündungsfeuers gerichtet, beispielsweise 1°, 0,5°, 0,2° oder 0,1° tiefer, da sich der Schütze, seine mögliche Deckung oder sein Fluchtweg üblicherweise unterhalb des Mündungsfeuers befinden. Nun kann die Steuereinrichtung mittels des Laserentfernungsmessers eine Entfernungsmessung durchführen und somit die Entfernung des Mündungsfeuers, beziehungsweise der Waffe, die das Mündungsfeuer erzeugt hat, messen. Somit sind auch die Entfernung und damit die genaue Position des Schützen bekannt. Die Position des Schützen wird aufgrund der bekannten Daten Azimut, Elevation und Entfernung bevorzugt dreidimensional in Kugelkoordinaten angegeben mit dem Nullpunkt des Koordinatensystems am Ort der Vorrichtung. Optional ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, beispielsweise über eine Schnittstelle die ermittelte Position des Mündungsfeuers an eine Waffe weiterzuleiten, damit die Waffe auf diese Position ausgerichtet werden kann. The thermal imaging camera has a defined detection area which is imaged onto a thermal image. The muzzle flash, also referred to as a muzzle flash, is typically a few milliseconds long and produces a typical pattern in the thermal image during this time, for example, in a mid-range or far-infrared optical spectrum. The control device detects this pattern in the image of the thermal imaging camera, for example with an evaluation algorithm. Based on the position of the pattern in the image, for example in the form of image coordinates, and the known, fixed orientation of the thermal imaging camera, the control device can determine the direction from which the muzzle flash has fallen. On a straight line from the device in this direction is the shooter. The direction is preferably indicated as a combination of azimuth and elevation. Once the direction is known, the controller controls the drive of the carrier so that the laser rangefinder targets the location of the muzzle flash. The laser beam of the laser rangefinder is preferably eye-safe and corresponds, for example, to laser protection class 1. The laser beam of the laser rangefinder, which is preferably in the infrared spectrum, preferably runs on the straight line between the device and the muzzle fire or parallel thereto. This aligns the laser beam with the target. Optionally, the laser rangefinder is directed to a point slightly below the direction of the muzzle flash detected in the thermal image, for example 1 °, 0.5 °, 0.2 ° or 0.1 ° lower, as the shooter, his possible cover or escape route usually located below the muzzle flash. Now, the control device by means of the laser rangefinder perform a distance measurement and thus measure the distance of the muzzle fire, or the weapon that has produced the muzzle flash. Thus, the distance and thus the exact position of the shooter are known. The position of the shooter is preferably given three-dimensionally in spherical coordinates with the zero point of the coordinate system at the location of the device on the basis of the known data azimuth, elevation and distance. Optionally, the control device is adapted to forward, for example via an interface, the determined position of the muzzle flash to a weapon, so that the weapon can be aligned to this position.
Der Antrieb des Trägers ist bevorzugt dazu eingerichtet, den Träger in zwei Rotationsfreiheitsgraden auszurichten, bevorzugt um zwei zueinander orthogonale Achsen. Ist die Vorrichtung auf einer horizontalen Fläche angeordnet, ist eine der Achsen bevorzugt eine vertikale Achse. Insbesondere steht eine der Achsen senkrecht auf einer Grundfläche der Vorrichtung. Die Kombination aus Antrieb und Träger ist insbesondere ein Schwenk-Neige-Kopf. Bevorzugt liegt der Antrieb in unmittelbarer Nähe der Wärmebildkamera oder zumindest möglichst nah daran, um einen Parallaxfehler zu minimieren. The drive of the carrier is preferably adapted to align the carrier in two rotational degrees of freedom, preferably about two mutually orthogonal axes. If the device is arranged on a horizontal surface, one of the axes is preferably a vertical axis. In particular, one of the axes is perpendicular to a base of the device. The combination of drive and carrier is in particular a pan-tilt head. Preferably, the drive is in the immediate vicinity of the thermal imager or at least as close as possible to minimize a parallax error.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen Erfassungsbereich auf, wobei Mündungsfeuer in diesem Erfassungsbereich detektierbar ist. Je nach Größe dieses Erfassungsbereichs ist dieser von einer einzelnen Wärmebildkamera abdeckbar. Optional ist der Erfassungsbereich der Vorrichtung in Teilerfassungsbereiche unterteilt, wobei zwei oder mehr Wärmebildkameras vorhanden sind und jeder Teilerfassungsbereich von einer der Wärmebildkameras abgedeckt wird. Beispielsweise ist der Erfassungsbereich der Vorrichtung 360° breit, also ein Rundum- Erfassungsbereich, und 40° hoch. In diesem Fall weist die Vorrichtung bevorzugt sechs Wärmebildkameras mit einem Erfassungsbereich von jeweils 60° Breite und 40° Höhe auf. Optional sind die Erfassungsbereiche der Wärmebildkameras geringfügig breiter, beispielsweise 61 °, 62° oder 63° breit, und die Wärmebildkameras derart angeordnet, dass sich ihre Erfassungsbereiche überlappen. The device according to the invention has a detection area, wherein muzzle fire can be detected in this detection area. Depending on the size of this detection area, it can be covered by a single thermal imager. Optionally, the detection area of the device is subdivided into partial detection areas, where two or more thermal imaging cameras are present and each partial detection area is covered by one of the thermal imaging cameras. For example, the detection range of the device is 360 ° wide, ie an all-around detection range, and 40 ° high. In this case, the device points prefers six thermal imaging cameras with a detection range of 60 ° width and 40 ° height. Optionally, the detection areas of the thermal imagers are slightly wider, for example 61 °, 62 ° or 63 ° wide, and the thermal imagers are arranged such that their detection areas overlap.
Optional ist an dem ausrichtbaren Träger eine Telekamera angeordnet und die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, nach der Entfernungsmessung mittels der Telekamera eine Aufnahme durchzuführen. Die Telekamera ist bevorzugt starr mit dem Träger verbunden. Eine Telekamera ist eine Kamera mit einer Brennweite im Telebereich, also beispielsweise größer als 50mm, größer als 100mm, größer als 150mm, größer als 200mm, größer als 250mm oder größer als 300mm, beispielsweise bezogen auf das Kleinbildformat. Die Telekamera kann eine Standbildkamera oder eine Bewegtbildkamera (Videokamera) sein. Die Telekamera kann eine Tagsicht-Farbkamera mit Infrarot- Sperrfilter oder eine monochrome Kamera im sichtbaren Spektrum ohne Infrarot-Sperrfilter sein, ein Restlichtverstärker oder eine Wärmebildkamera. In dem Ausgangssignal der Telekamera kann beispielsweise der Schütze identifiziert und/oder dessen Position noch genauer bestimmt werden, bevorzugt automatisch durch die Steuereinrichtung. Optionally, a telecamera is arranged on the alignable support and the control device is set up to carry out a recording after the distance measurement by means of the telecamera. The telecamera is preferably rigidly connected to the carrier. A telecamera is a camera with a focal length in the telephoto range, for example greater than 50mm, greater than 100mm, greater than 150mm, greater than 200mm, greater than 250mm or greater than 300mm, for example, based on the 35mm format. The telecamera may be a still camera or a motion picture camera (video camera). The telecamera can be a day-vision color camera with an infrared cut filter or a monochrome camera in the visible spectrum without an infrared cut filter, a residual light amplifier or a thermal imaging camera. In the output signal of the telecamera, for example, the contactor can be identified and / or its position can be determined even more accurately, preferably automatically by the control device.
In einer Ausgestaltungsform der Erfindung weist der Laserentfernungsmesser einen Laser mit veränderbarem Öffnungswinkel auf und die Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, den Laserstrahl für die Benutzung der Telekamera aufzuweiten. So kann der Laser des Laserentfernungsmessers insbesondere zur Ausleuchtung zumindest eines Teils oder des gesamten Erfassungsbereichs der Telekamera verwendet werden. Dafür ist die Telekamera dazu ausgebildet, Licht im Infrarotspektrum zu empfangen. Optional ist das Erfassungsspektrum der Telekamera auf den Infrarotbereich beschränkt. Die Vorrichtung weist optional eine Schnittstelle zum Empfang einer Verifikationsinformation auf, wobei die Steuereinrichtung nur dann den Antrieb des Trägers ansteuert und den Laserentfernungsmesser anwendet, also die genaue Position des Schützen bestimmt, wenn die Verifikationsinformation anzeigt, dass der Ort des Mündungsfeuers zu ermitteln ist. Der Ort des Mündungsfeuers ist beispielsweise nur dann zu ermitteln, wenn es sich bei dem Schuss um Fremdfeuer handelt, also um den Schuss einer gegnerischen Partei. Die Schnittstelle kann ein Taster, ein Schalter oder ein sonstiges Bauteil zur Betätigung durch einen Bediener sein, wobei eine Betätigung des Bauteils durch den Bediener je nach Konfiguration der Vorrichtung bedeutet, dass es sich um Fremdfeuer oder um Eigenfeuer handelt. Die Verifikationsinformation ist dann eine binäre Information. Alternativ unterteilt die Verifikationsinformation den Erfassungsbereich der Vorrichtung in mindestens zwei Unterbereiche. Ein Mündungsfeuer in einem der Unterbereiche unterbindet die Ortung des Schützen, während ein Mündungsfeuer in einem anderen Unterbereich die Ortung auslöst. Beispielsweise repräsentiert die Verifikationsinformation die Unterbereiche, in denen sich Vertreter der eigenen Partei befinden. Die eigene Partei ist die Partei, der die erfindungsgemäße Vorrichtung zugeordnet ist. Die Verifikationsinformation wird bevorzugt über die Schnittstelle empfangen und durch die Steuereinrichtung zugreifbar gespeichert. In one embodiment of the invention, the laser rangefinder has a laser with variable opening angle and the control device is adapted to expand the laser beam for the use of the telecamera. Thus, the laser of the laser rangefinder can be used in particular for illuminating at least a part or the entire detection range of the telecamera. For this, the telecamera is designed to receive light in the infrared spectrum. Optionally, the acquisition spectrum of the telecamera is limited to the infrared range. The device optionally has an interface for receiving verification information, the control device only activating the drive of the carrier and applying the laser rangefinder, thus determining the exact position of the shooter when the verification information indicates that the location of the muzzle flash is to be determined. The location of the muzzle flash, for example, can only be determined if the shot is an enemy fire, ie the shot of an opposing party. The interface may be a button, switch or other component for operation by an operator, wherein operation of the component by the operator, depending on the configuration of the device, means that it is extraneous fire or self-fire. The verification information is then binary information. Alternatively, the verification information divides the detection range of the device into at least two subregions. A muzzle fire in one of the sub-areas stops the shooter's location, while a muzzle fire in another sub-area triggers the location. For example, the verification information represents the subareas in which representatives of the own party are located. The own party is the party to which the device according to the invention is assigned. The verification information is preferably received via the interface and stored accessible by the controller.
Bevorzugt weist die Vorrichtung zwei oder mehr jeweils mittels eines Antriebs ausrichtbare Träger auf, wobei an jedem Träger ein Laserentfernungsmesser oder ein Laserentfernungsmesser und eine Telekamera angeordnet sind. Jeder Träger ist einem Teil des Erfassungsbereichs der Vorrichtung zugeordnet. Ein Träger wird nur dann durch die Steuereinrichtung ausgerichtet und der auf dem Träger angeordnete Laserentfernungsmesser aktiviert, wenn sich das Mündungsfeuer in dem zugeordneten Teil des Erfassungsbereichs befindet. Somit kann der Träger deutlich schneller auf die Schützenposition ausgerichtet werden, da die Abweichung seiner Ausrichtung, die der Träger vor der Erfassung des Mündungsfeuers aufweist, von der einzunehmenden Ausrichtung auf das Mündungsfeuer begrenzt ist. Bevorzugt ist auf jedem Träger eine Telekamera angeordnet. The device preferably has two or more carriers which can each be aligned by means of a drive, wherein a laser range finder or a laser range finder and a telecamera are arranged on each carrier. Each carrier is associated with a portion of the coverage of the device. A carrier is only aligned by the controller and the laser rangefinder mounted on the carrier is activated when the muzzle fire is in the associated part of the detection area. Thus, the carrier can significantly faster on the Sagittal position are aligned, since the deviation of its orientation, which has the support before the detection of the muzzle flash, is limited by the assumed orientation on the muzzle flash. Preferably, a telecamera is arranged on each carrier.
Optional sind in der Steuereinrichtung Szenariodaten hinterlegt, die eine initiale Ausrichtung des Trägers enthalten oder aus denen durch die Steuereinrichtung eine initiale Ausrichtung des Trägers berechenbar ist. Im Grundzustand, also vor der Detektion des Mündungsfeuers im Wärmebild, befindet sich der Träger in einer initialen Ausrichtung, in der der Laserentfernungsmesser entlang einer vorgegebenen Linie ausgerichtet ist. Die Szenariodaten enthalten beispielsweise Koordinaten eines Orts oder zumindest eine Richtung, auf den oder in die der Träger initial ausgerichtet ist. Alternativ repräsentieren die Szenariodaten die Geometrie der Umgebung der Vorrichtung, beispielsweise in Form eines 3D-Modells der Umgebung. Aus diesen Szenariodaten kann die Steuereinrichtung ableiten, an welchen Orten sich ein Schütze mit welcher Wahrscheinlichkeit aufhält. So ist es beispielsweise unwahrscheinlich, dass ein Mündungsfeuer vor einer Wand detektiert wird, während die Wahrscheinlichkeit groß ist, dass ein Mündungsfeuer in einem Fenster auftritt. Aus den Szenariodaten berechnet die Steuereinrichtung die initiale Ausrichtung des Trägers. In der initialen Ausrichtung ist der Träger beispielsweise auf den Ort mit der höchsten Wahrscheinlichkeit ausgerichtet. Alternativ wird die initiale Ausrichtung als Ausgleichswert bestimmt. Dabei wird für eine angenommene initiale Ausrichtung eine Summe gebildet, wobei jeder Summand das Produkt aus der Wahrscheinlichkeit eines Schusses von diesem Ort und der Winkelabweichung zwischen der angenommenen initialen Ausrichtung und der Richtung des Ortes ist. Die Summe wird über alle berücksichtigten Orte berechnet und die initiale Ausrichtung gewählt, für die diese Summe minimal ist. Die initiale Ausrichtung ist somit diejenige Ausrichtung, von der aus der Träger im Mittel am schnellsten auf das Mündungsfeuer ausgerichtet werden kann. In einer Ausgestaltungsform der Erfindung ermittelt die Vorrichtung die Szenariodaten automatisch. Mittels der Wärmebildkameras kann das Umfeld der Vorrichtung auf Wärmequellen untersucht werden, die die Steuereinrichtung als potentielle Orte eines Schützen identifiziert. Mittels der Telekamera und/oder des Laserentfernungsmessers kann die Steuereinrichtung die Umgebung abtasten und ein 3D-Modell erzeugen. Eine beliebige Kombination dieser Optionen ist möglich. Optionally scenario data are stored in the control device, which contain an initial orientation of the carrier or from which an initial orientation of the carrier can be calculated by the control device. In the ground state, ie before the detection of the muzzle fire in the thermal image, the carrier is in an initial orientation, in which the laser rangefinder is aligned along a predetermined line. The scenario data include, for example, coordinates of a location or at least one direction to which or in which the carrier is initially aligned. Alternatively, the scenario data represents the geometry of the environment of the device, for example in the form of a 3D model of the environment. From these scenario data, the control device can deduce at which locations a shooter resides with which probability. For example, it is unlikely that a muzzle fire will be detected in front of a wall while the likelihood of a muzzle fire occurring in a window is high. From the scenario data, the controller calculates the initial orientation of the carrier. For example, in the initial orientation, the wearer is aligned with the highest probability location. Alternatively, the initial alignment is determined as a compensation value. In this case, a sum is formed for an assumed initial orientation, each summand being the product of the probability of a shot from this location and the angular deviation between the assumed initial orientation and the direction of the location. The sum is calculated over all considered locations and the initial alignment is chosen, for which this sum is minimal. The initial orientation is thus the orientation from which the wearer can be aligned on the muzzle fire fastest on the average. In one embodiment of the invention, the device automatically determines the scenario data. By means of the thermal imaging cameras, the environment of the device can be examined for heat sources, which identifies the control device as potential locations of a shooter. By means of the telecamera and / or the laser rangefinder, the control device can scan the environment and generate a 3D model. Any combination of these options is possible.
Bevorzugt weist die Vorrichtung einen Monitor oder eine sonstige Anzeigevorrichtung auf. Die Steuereinrichtung steuert den Monitor beispielsweise so an, dass er das Wärmebild der Wärmebildkamera anzeigt und die Position des Mündungsfeuers beispielsweise durch ein Fadenkreuz hervorgehoben ist. Optional weist die Vorrichtung ein Eingabemittel auf, wie beispielsweise eine Tastatur, eine Maus oder einen Joystick. Mittels des Eingabemittels kann ein Bediener der Vorrichtung die Position des Mündungsfeuers in dem Wärmebild korrigieren, bevor die Einfallsrichtung des Mündungsblitzes bestimmt wird. Optional wird nach der Entfernungsmessung mittels des Laserentfernungsmessers die gemessene Entfernung in das Wärmebild eingeblendet. Weiterhin optional ist die Vorrichtung dazu ausgebildet, einen akustischen Alarm auszugeben, sobald die Steuereinrichtung ein Mündungsfeuer in dem Wärmebild detektiert hat. Dazu weist die Vorrichtung beispielsweise einen Lautsprecher auf. Bevorzugt ist zumindest eine der Komponenten Monitor, Eingabemittel oder Lautsprecher nicht unmittelbar an der Vorrichtung angeordnet, sondern beispielsweise drahtlos oder drahtgebunden mit ihr verbunden. Somit kann der Betrieb der Vorrichtung aus der Entfernung, beispielsweise aus einer Deckung heraus, gesteuert und überwacht werden. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Ortung eines Schützen, aufweisend die Verfahrensschritte Detektieren eines Mündungsfeuers in dem Bild einer Wärmebildkamera, Ansteuern eines Antriebs eines Trägers, an dem ein Laserentfernungsmesser angeordnet ist, sodass der Laserentfernungsmesser den Ort des Mündungsfeuers anpeilt, und Durchführen einer Entfernungsmessung zum angepeilten Ort mittels des Laserentfernungsmessers. Weitere Ausgestaltungsformen des Verfahrens sind analog zu den vorstehend beschriebenen Ausgestaltungsformen der Vorrichtung. The device preferably has a monitor or another display device. The control device controls the monitor, for example, in such a way that it displays the thermal image of the thermal imaging camera and the position of the muzzle flash is highlighted by a crosshair, for example. Optionally, the device comprises an input means, such as a keyboard, a mouse or a joystick. By means of the input means, an operator of the device can correct the position of the muzzle fire in the thermal image before determining the direction of incidence of the muzzle flash. Optionally, after the distance measurement by means of the laser rangefinder, the measured distance is faded into the thermal image. Furthermore, optionally, the device is designed to emit an acoustic alarm as soon as the control device has detected a muzzle fire in the thermal image. For this purpose, the device has, for example, a loudspeaker. Preferably, at least one of the components monitor, input means or loudspeaker is not arranged directly on the device, but connected to it, for example, wirelessly or by wire. Thus, the operation of the device can be controlled and monitored from a distance, for example, from a cover. The present invention further relates to a method of locating a shooter, comprising the steps of detecting a muzzle fire in the image of a thermal imager, driving a driver of a carrier on which a laser rangefinder is located so that the laser range finder locates the location of the muzzle fire, and making a range measurement to the targeted location by means of the laser rangefinder. Further embodiments of the method are analogous to the above-described embodiments of the device.
Mit der vorliegenden Erfindung kann die Position eines Schützen verzögerungsfrei oder annähernd verzögerungsfrei bestimmt werden. Bei dem Schuss, dessen Ursprung lokalisiert wird, kann es sich nicht nur um einen aggressiven Beschuss handeln, also einen auf die Vorrichtung gerichteten Beschuss, sonder auch um den Beschuss eines anderen Ziels. With the present invention, the position of a shooter can be determined without delay or almost without delay. The shot, whose origin is localized, can not only be an aggressive shelling, ie a shelling directed at the device, but also the shelling of another target.
Es liegt im Rahmen der vorliegenden Erfindung, einzelne Merkmale aus Ausführungsformen oder Ausgestaltungsformen oder optionale Merkmale miteinander zu kombinieren oder nicht erfindungswesentliche Merkmale einer Ausführungsform oder Ausgestaltungsform wegzulassen. It is within the scope of the present invention to combine individual features of embodiments or embodiments or optional features with each other or omit features not essential to the invention of an embodiment or embodiment.
Die vorliegende Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Dabei zeigt: The present invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. Showing:
Figur 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Figure 1 is a side view of an inventive
Vorrichtung,  Contraption,
Figur 2 eine Draufsicht der Vorrichtung aus Figur 1 und Figur 3 die Datenverbindungen zwischen den Komponenten der Vorrichtung. Die Figuren 1 und 2 zeigen schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Ortung eines Schützen in einer Seitenansicht und einer Draufsicht. Die Datenverbindungen zwischen den Komponenten der Vorrichtung 1 sind schematisch in der Figur 3 dargestellt. Die Vorrichtung 1 umfasst ein Stativ 2, an dem sechs Wärmebildkameras 3 und ein Antrieb 4 angeordnet sind. Die Wärmebildkameras 3 sind kreisförmig um das Stativ 2 herum angeordnet und schrittweise um jeweils 60 Grad gegeneinander gedreht. Jede der Wärmebildkameras hat einen Erfassungsbereich von 60° in der Breite und 40° in der Höhe. Die Erfassungsbereiche der Wärmebildkameras 3 grenzen aneinander an und ermöglichen so eine 360° Rundumsicht. Der Antrieb 4 ist an einer den Stativbeinen gegenüberliegenden Seite des Stativs 2 angeordnet, sodass er in der in Figur 1 dargestellten Positionierung der Vorrichtung 1 auf einem horizontalen Untergrund oberhalb der Wärmebildkameras 3 liegt. Figure 2 is a plan view of the device of Figure 1 and Figure 3 shows the data connections between the components of the device. Figures 1 and 2 show schematically an inventive device 1 for locating a shooter in a side view and a plan view. The data connections between the components of the device 1 are shown schematically in FIG. The device 1 comprises a stand 2, on which six thermal imaging cameras 3 and a drive 4 are arranged. The thermal imaging cameras 3 are arranged in a circle around the tripod 2 and rotated incrementally by 60 degrees relative to each other. Each of the thermal imaging cameras has a detection range of 60 ° in width and 40 ° in height. The detection areas of the thermal imaging cameras 3 adjoin one another and thus enable a 360 ° all-round view. The drive 4 is arranged on a side of the stand 2 opposite the tripod legs, so that it lies on the horizontal surface above the thermal imaging cameras 3 in the positioning of the device 1 shown in FIG.
Der Antrieb 4 trägt einen Träger 5, auf dem nebeneinander ein Laserentfernungsmesser 6 und eine Telekamera 7 angeordnet sind. Der Laserstrahl des Laserentfernungsmessers 6 liegt im Infrarotspektrum und ist in der Figur 1 gestrichelt angedeutet. Die optische Mittelachse der Telekamera 7 verläuft parallel zum Laserstrahl. Die Telekamera 7 ist eine CCD-Kamera mit einem Teleobjektiv und einem Infrarotfilter, der das Spektrum außerhalb des Infrarotbereichs ausfiltert. Der Antrieb 4 ist dazu eingerichtet, den Träger 5 gegenüber dem Stativ 2 in zwei zueinander orthogonalen Achsen auszurichten. Die Vorrichtung 1 weist darüber hinaus eine Steuereinrichtung 8 mit einem Prozessor und einem Speicher auf. Die Steuereinrichtung ist datentechnisch mit den Wärmebildkameras 3, dem Antrieb 4, dem Laserentfernungsmesser 6, der Telekamera 7 und einem Monitor 9 verbunden. Die Steuereinrichtung kann also Daten mit diesen Komponenten austauschen, insbesondere senden und/oder empfangen. Die Datenverbindung zwischen den Komponenten der Vorrichtung 1 besteht aus einem gemeinsamen Datenbus. Alternativ sind eine oder mehrere der Komponenten über eine dedizierte Datenleitung mit der Steuereinrichtung 8 verbunden. Die Steuereinrichtung 8 empfängt die Bilder der Wärmebildkameras 3, wertet diese aus und sucht nach einem Bildmuster, das charakteristisch für das Mündungsfeuer einer Waffe ist. Die Steuereinrichtung stellt das Wärmebild auf dem Monitor 9 dar. Hat die Steuereinrichtung 8 ein Muster gefunden, ermittelt es aus der Position des Musters in dem Wärmebild die Richtung, aus der das Licht des Mündungsfeuers eingetroffen ist. Diese Einfallsrichtung bestimmt sich beispielsweise aus der Ausrichtung der Wärmebildkamera, die das einfallende Licht getroffen hat, und dem Bildpunkt, der in der Mitte des Bildmusters liegt. Die Richtung wird bevorzugt in Kugelkoordinaten ermittelt, wobei die Vorrichtung 1 im Ursprung des Koordinatensystems liegt. Die Steuereinrichtung 8 macht die Position des Mündungsfeuers in dem Wärmebild kenntlich, beispielsweise in Form eines Fadenkreuzes, und zeigt ein entsprechendes Bild auf dem Monitor 9 an. Ein Benutzer der Vorrichtung 1 kann optional die detektierte Position des Mündungsfeuers im Wärmebild korrigieren, beispielsweise mittels eines Eingabemittels wie einer Maus, einer Tastatur oder eines Joysticks, bevor daraus die Einfallsrichtung des Mündungsfeuers berechnet wird. Ist die Einfallsrichtung des Lichts des Mündungsfeuers bestimmt, so steuert die Steuereinrichtung 8 den Antrieb 4 so an, dass der Laserstrahl des Laserentfernungsmessers 6 in die Einfallsrichtung weist. Somit erfasst der Laserentfernungsmesser 6 den Ursprungsort des Mündungsfeuers. Nun löst die Steuereinrichtung 8 eine Entfernungsmessung durch den Laserentfernungsmesser 6 aus, deren Ergebnis an die Steuereinrichtung 8 übermittelt wird. Die Steuereinrichtung 8 kennt somit die exakte Position des Mündungsfeuers, bevorzugt als zwei Winkel und einen Abstand, und somit die Position des Schützen. Bevorzugt blendet die Steuereinrichtung 8 die gemessene Entfernung in das Wärmebild ein, das auf dem Monitor 9 angezeigt wird. Die Steuereinrichtung 8 aktiviert dann die Telekamera 7, um ein bewegtes oder statisches Bild des Orts des Mündungsfeuers aufzunehmen. Aus diesem Bild lässt sich beispielsweise der Schütze oder die Waffe identifizieren, die Position des Schützen verifizieren oder präzisieren oder eine Bewegung des Schützen ermitteln. Der Laserentfernungsmesser 6 ist bevorzugt so ausgestaltet, dass der Öffnungswinkel des Laserstrahls variabel ist. Zur Aufnahme des Bildes durch die Telekamera 7 steuert die Steuereinrichtung 8 den Laserentfernungsmesser 6 so an, dass der Laserstrahl den Ort des Mündungsfeuers ausleuchtet. Die Steuereinrichtung 8 bestimmt den Öffnungswinkel beispielsweise aus der Entfernung des Mündungsfeuers von der Vorrichtung 1 , der Größe des Schützen oder eine Kombination daraus. Bevorzugt stellt die Steuereinrichtung 8 den Fokus der Telekamera 7 auf die vom Laserentfernungsmessgerät 6 gemessene Entfernung des Mündungsfeuers ein. Dadurch wird eine schnelle und präzise Fokussierung ermöglicht. Bevorzugt stellt die Steuereinrichtung 8 das Bild der Telekamera 7 auf dem Monitor 9 dar. The drive 4 carries a carrier 5, on which a laser rangefinder 6 and a telecamera 7 are arranged side by side. The laser beam of the laser rangefinder 6 is in the infrared spectrum and is indicated by dashed lines in Figure 1. The optical central axis of the telecamera 7 runs parallel to the laser beam. The telecamera 7 is a CCD camera with a telephoto lens and an infrared filter, which filters out the spectrum outside the infrared range. The drive 4 is adapted to align the carrier 5 relative to the stand 2 in two mutually orthogonal axes. The device 1 furthermore has a control device 8 with a processor and a memory. In terms of data technology, the control device is connected to the thermal imaging cameras 3, the drive 4, the laser rangefinder 6, the telecamera 7 and a monitor 9. The control device can therefore exchange data with these components, in particular send and / or receive. The data connection between the components of the device 1 consists of a common data bus. Alternatively, one or more of the components are connected to the controller 8 via a dedicated data line. The control device 8 receives the images of the thermal imaging cameras 3, evaluates them and searches for a pattern that is characteristic of the muzzle flash of a weapon. The control device displays the thermal image on the monitor 9. If the control device 8 has found a pattern, it determines from the position of the pattern in the thermal image the direction from which the light from the muzzle flash has arrived. This direction of incidence is determined, for example, by the orientation of the thermal imaging camera which has struck the incident light and the pixel which lies in the center of the image pattern. The direction is preferably determined in spherical coordinates, wherein the device 1 is located at the origin of the coordinate system. The control device 8 makes the position of the muzzle fire in the thermal image recognizable, for example in the form of a crosshair, and displays a corresponding image on the monitor 9 at. A user of the device 1 can optionally correct the detected position of the muzzle fire in the thermal image, for example by means of an input means such as a mouse, a keyboard or a joystick, before calculating the direction of incidence of the muzzle flash. If the direction of incidence of the light of the muzzle flash is determined, the control device 8 controls the drive 4 in such a way that the laser beam of the laser rangefinder 6 points in the direction of incidence. Thus, the laser rangefinder 6 detects the origin of the muzzle flash. Now, the control device 8 triggers a distance measurement by the laser rangefinder 6, the result of which is transmitted to the control device 8. The control device 8 thus knows the exact position of the muzzle flash, preferably as two angles and a distance, and thus the position of the shooter. Preferably, the controller 8 displays the measured distance in the thermal image displayed on the monitor 9. The controller 8 then activates the telecamera 7 to record a moving or static image of the location of the muzzle flash. From this image, for example, the shooter or the weapon can be identified, verify the position of the shooter or clarify or determine a movement of the shooter. The laser rangefinder 6 is preferably designed such that the opening angle of the laser beam is variable. For receiving the image by the telecamera 7, the control device 8 controls the laser rangefinder 6 so that the laser beam illuminates the location of the muzzle flash. The control device 8 determines the opening angle, for example, from the distance of the muzzle flash from the device 1, the size of the shooter or a combination thereof. The control device 8 preferably adjusts the focus of the telecamera 7 to the distance of the muzzle flash measured by the laser range finding device 6. This allows fast and precise focusing. The control device 8 preferably represents the image of the telecamera 7 on the monitor 9.
Die Zeit zwischen der Erfassung des Mündungsfeuers und der Beendigung der Ausrichtung des Trägers 5 wird im Wesentlichen durch die Dauer des Ausrichtens bestimmt. Zur Optimierung dieser Zeit ist es daher vorteilhaft, wenn die Abweichung zwischen einer initialen Ausrichtung des Trägers 5 im Grundzustand der Vorrichtung 1 , also vor der Erfassung des Mündungsfeuers durch die Wärmebildkamera 3, und der Ausrichtung auf das Mündungsfeuer möglichst gering ist. Die Steuereinrichtung 8 ist dazu eingerichtet, eine geeignete initiale Ausrichtung zu ermitteln und einzustellen. The time between the detection of the muzzle fire and the completion of the orientation of the carrier 5 is determined essentially by the duration of the alignment. To optimize this time, it is therefore advantageous if the deviation between an initial orientation of the carrier 5 in the ground state of the device 1, ie before the detection of the muzzle fire by the thermal imaging camera 3, and the orientation of the muzzle flash is as low as possible. The control device 8 is set up to determine and set a suitable initial orientation.
Im einfachsten Fall ist die initiale Ausrichtung bei der Planung des Einsatzes der Vorrichtung 1 ermittelt und in der Vorrichtung 1 hinterlegt worden. Die Steuereinrichtung 8 liest diese initiale Ausrichtung aus und steuert den Antrieb 4 entsprechend an. In einem anderen Fall sind in der Vorrichtung 1 die potentiellen Positionen von Schützen oder zumindest die Richtungen hinterlegt. Die Steuereinrichtung 8 berechnet daraus die initiale Ausrichtung, von der aus im Mittel die geringste Zeit notwendig ist, um den Träger 5 auf eine der Positionen auszurichten. In einem weiteren Fall ist in der Vorrichtung 1 ein 3D-Modell der Umgebung der Vorrichtung 1 hinterlegt, aus dem die Steuereinrichtung 8 automatisch potentielle Positionen beziehungsweise Richtungen von Schützen ermittelt und daraus die initiale Ausrichtung berechnet. Daten wie potentielle Positionen beziehungsweise Richtungen oder das 3D-Modell können in die Vorrichtung 1 importiert werden oder von der Vorrichtung 1 automatisch ermittelt werden. In the simplest case, the initial orientation in the planning of the use of the device 1 has been determined and stored in the device 1. The control device 8 reads out this initial orientation and controls the drive 4 accordingly. In another case are in the Device 1 stores the potential positions of shooters or at least the directions. From this, the control device 8 calculates the initial orientation, from which the minimum time on average is necessary in order to align the carrier 5 with one of the positions. In a further case, a 3D model of the environment of the device 1 is stored in the device 1, from which the control device 8 automatically determines potential positions or directions of shooters and calculates the initial orientation therefrom. Data such as potential positions or directions or the 3D model can be imported into the device 1 or automatically determined by the device 1.
Die Kommunikationsverbindung zwischen der Steuereinrichtung 8 und dem Antrieb 4 kann verschiedene Ausgestaltungen aufweisen. In einer bevorzugten Ausgestaltungsform weist der Antrieb 4 eine eigene Steuerelektronik auf. In diesem Fall sendet die Steuereinrichtung 8 die einzustellende Soll-Ausrichtung an die Steuerelektronik des Antriebs 4 und diese steuert die Aktuatoren des Antriebs 4 eigenständig an, um die gewünschte Soll-Ausrichtung einzustellen. In diesem Fall erfolgt die Kommunikation zwischen der Steuereinrichtung 8 und der Steuerelektronik des Antriebs 4 beispielsweise über einen Datenbus. Alternativ steuert die Steuereinrichtung 8 die Aktuatoren des Antriebs 4 ohne zwischengeschaltete Steuerelektronik an. Dann erhält die Steuereinrichtung 8 bevorzugt eine Rückmeldung über die aktuelle Ausrichtung des Trägers 5 von dem Antrieb 4. The communication connection between the control device 8 and the drive 4 may have various configurations. In a preferred embodiment, the drive 4 has its own control electronics. In this case, the control device 8 sends the set target alignment to the control electronics of the drive 4 and this controls the actuators of the drive 4 independently to set the desired target orientation. In this case, the communication takes place between the control device 8 and the control electronics of the drive 4, for example via a data bus. Alternatively, the control device 8 controls the actuators of the drive 4 without interposed control electronics. Then the control device 8 preferably receives a feedback about the current orientation of the carrier 5 from the drive 4.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E Vorrichtung und Verfahren zur Schützenortung PATENT APPLICATION Apparatus and method for shooter location
1. 1.
Vorrichtung (1) zur Ortung eines Schützen, aufweisend eine Wärmebildkamera (3), eine Steuereinrichtung (8) und einen mittels eines Antriebs (4) ausrichtbaren Träger (5), an dem ein Laserentfernungsmesser (6) angeordnet ist, wobei die Steuereinrichtung (8) dazu ausgebildet ist, in dem Bild der Wärmebildkamera (3) ein Mündungsfeuer zu detektieren, den Antrieb (4) des Trägers (5) so anzusteuern, dass der Laserentfernungsmesser (6) den Ort des Mündungsfeuers anpeilt, und mittels des Laserentfernungsmessers (6) eine Entfernungsmessung zum angepeilten Ort durchzuführen.  Device (1) for locating a shooter, comprising a thermal imaging camera (3), a control device (8) and a carrier (5) which can be oriented by means of a drive (4) and on which a laser rangefinder (6) is arranged, wherein the control device (8 ) is adapted to detect a muzzle flash in the image of the thermal imaging camera (3), to control the drive (4) of the carrier (5) such that the laser rangefinder (6) locates the location of the muzzle flash, and by means of the laser rangefinder (6) perform a distance measurement to the targeted location.
2. Second
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass an dem ausrichtbaren Träger (5) eine Telekamera (7) angeordnet ist und die Steuereinrichtung (8) dazu eingerichtet ist, nach der Entfernungsmessung eine Aufnahme mittels der Telekamera (7) durchzuführen.  Device (1) according to claim 1, characterized in that on the alignable carrier (5) a telecamera (7) is arranged and the control device (8) is adapted to carry out a recording by means of the telecamera (7) after the distance measurement.
3. Third
Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserentfernungsmesser (6) einen Laser mit veränderbarem Öffnungswinkel aufweist und die Steuereinrichtung (8) dazu eingerichtet ist, den Laserstrahl für die Benutzung der Telekamera (7) aufzuweiten. Device (1) according to claim 2, characterized in that the laser rangefinder (6) has a laser with variable opening angle and the control device (8) is adapted to expand the laser beam for the use of the telecamera (7).
4. 4th
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 oder, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassungsspektrum der Telekamera (7) auf den Infrarotbereich beschränkt ist.  Device (1) according to one of claims 2 or, characterized in that the detection spectrum of the telecamera (7) is limited to the infrared range.
5. 5th
Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Schnittstelle zum Empfang von Verifikationsinformationen, wobei die Steuereinrichtung (8) nur dann den Antrieb (4) des Trägers (5) ansteuert und den Laserentfernungsmesser (6) anwendet, wenn die Verifikationsinformation anzeigt, dass der Ort des Mündungsfeuers zu ermitteln ist.  Device (1) according to one of claims 1 to 4, characterized by an interface for receiving verification information, wherein the control device (8) only drives the drive (4) of the carrier (5) and applies the laser rangefinder (6) when the Verification information indicates that the location of the muzzle fire is to be determined.
6. 6th
Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch zwei oder mehr jeweils mittels eines Antriebs ausrichtbare Träger, wobei an jedem Träger ein Laserentfernungsmesser oder ein Laserentfernungsmesser und eine Telekamera angeordnet sind. Device (1) according to one of Claims 1 to 5, characterized by two or more carriers, each of which can be aligned by means of a drive, a laser rangefinder or a laser rangefinder and a telecamera being arranged on each carrier.
7. 7th
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinrichtung (8) Szenariodaten hinterlegt sind, die eine initiale Ausrichtung des Trägers (5) enthalten oder aus denen durch die Steuereinrichtung (8) eine initiale Ausrichtung des Trägers (5) berechenbar ist.  Device (1) according to one of claims 1 to 6, characterized in that in the control device (8) scenario data are stored, which contain an initial orientation of the carrier (5) or from which by the control device (8) an initial orientation of the carrier (5) is calculable.
8. 8th.
Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen Monitor (9), der dazu eingerichtet ist, das Bild der Wärmebildkamera (3) anzuzeigen. Verfahren zur Ortung eines Schützen, aufweisend die Verfahrensschritte Detektieren eines Mündungsfeuers in dem Bild einer Wärmebildkamera (3), Ansteuern eines Antriebs (4) eines Trägers (5), an dem ein Laserentfernungsmesser (6) angeordnet ist, sodass der Laserentfernungsmesser (6) den Ort des Mündungsfeuers anpeilt, und Durchführen einer Entfernungsmessung zum angepeilten Ort mittels des Laserentfernungsmessers (6). Device (1) according to one of claims 1 to 7, characterized by a monitor (9) which is adapted to display the image of the thermal imaging camera (3). A method for locating a shooter, comprising the steps of detecting a muzzle flash in the image of a thermal imaging camera (3), driving a drive (4) of a carrier (5) on which a laser rangefinder (6) is arranged, so that the laser rangefinder (6) Aiming the location of the muzzle flash, and performing a range finding to the targeted location by means of the laser rangefinder (6).
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