DE2857141C1 - Korrelations-Objektverfolger - Google Patents

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft einen Korrelations-Objektverfolger, bestehend aus einem Bildsensor mit beschränktem Blickfeld, welcher dieses Blickfeld zyklisch abtastet und in zuvor ausgewählter Form ein das Blickfeld darstellendes Videosignal liefert, einem Video-Korrelator mit zwei adressierbaren Speichern, von denen der eine die Aufgabe hat, innerhalb eines jeden Abtastzyklusses einen Ausschnitt des Blickfeldes in digitaler Form zu speichern, während der zweite Speicher mit dem Inhalt des ersten Speichers aufdatiert wird, wobei der Video-Korrelator so ausgelegt ist, daß er, nachdem der Bildsensor einmal so ausgerichtet wurde, daß der Blickfeldausschnitt ein Objekt umschließt, ein die Ausrichtung des Bildsensors gegenüber dem Objekt steuerndes Fehlersignal erzeugt, und das Fehlersignal einer Verschiebung des Ausschnittes im ersten Speicher gegenüber dem Ausschnitt im zweiten Speicher bei maximaler Korrelation zwischen den Speicherinhalten entspricht.

Stand der Technik

Durch Korrelation kann man entsprechend vorgegebener Auswerteregeln ein Maß dafür gewinnen, wie gut sich die Speicherinhalte bei unterschiedlichen Relativverschiebungen decken.

Für die Korrelation und damit auch für das Verfolgungsverfahren ist wesentlich, wie der nachfolgend als »Bezugsbildspeicher« bezeichnete zweite Speicher aufdatiert wird. Bei bekannten Korrelations-Objektverfolgern (siehe z. B. US-PS 38 28 122) erfolgt das Aufdatieren im Laufe eines einzigen Abtastzyklusses, und zwar wird das Aufdatieren entweder periodisch nach einer bestimmten Anzahl von Zyklen wiederholt oder aber wenn die maximale Korrelation unter einen zuvor ausgewählten Wert absinkt. Falls ein für das Verfolgungsverfahren unerhebliches Bildelement momentan im Blickfeldausschnitt erscheint, bringt das ersterwähnte Aufdatieren die Gefahr mit sich, daß der Bezugsbildspeicher exakt dann aufdatiert wird, wenn dieses Bildelement erscheint, wodurch das Verfolgungsverfahren unterbrochen werden kann. Bei der anderen Aufdatieralternative kann das Erscheinen des Bildelementes eine Aufdatierung des Bezugsbildspeichers auslösen. Dies führt dann in der Praxis zur Verfolgung des unerheblichen Bildelementes.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Aufdatieren des Bezugsbildspeichers so vorzunehmen, daß die vorerwähnten Nachteile nicht auftreten können. Dies geschieht dadurch, daß der Video-Korrelator mit Mitteln versehen wird, die bei jedem Abtastzyklus Speicherplatz-Adressen im zweiten Speicher auswählen, um diesen nach dem Random-Verfahren oder entsprechend einer zuvor festgelegten Auswahlregel derart aufzudatieren, daß der zweite Speicher bei jedem Abtastzyklus nur partiell, und zwar an Speicherplätzen aufdatiert wird, die über die gesamte Speicherfläche verteilt sind.

Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen F i g. 1 als Blockdiagramm schematisch den Aufbau eines Korrelations-Verfolgers, F i g. 2 als Blockdiagramm den Aufbau eines Video-Korrelators und F i g. 3 als Blockdiagramm den erfindungsgemäßen Informationsfluß beim Aufdatieren zeigen.

Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform

F i g. 1 zeigt einen Bildsensor 1 bekannter Type mit einer TV- oder IR-Kamera, deren Blickfeld räumlich beschränkt ist. Der Sensor 1, der auf einer seitlich und auch höhenmäßig justierbaren Plattform 2 steht, ist so ausgebildet, daß er das Blickfeld zyklisch abtastet und ein den Bildgehalt innerhalb des Blickfeldes in elektrischer Form darstellendes Videosignal liefert. Das Videosignal wird über einen mit dem Sensor 1 verbundenen Video-Korrelator 3 zu einem Monitor 4 weitergegeben, auf dessen Schirm 5 das Blickfeld des Sensors abgebildet wird. Dem Videosignal wird im Video-Korrelator 3 eine Maske überlagert, deren Position auf dem Monitorschirm als Fenster 6 erscheint, welches sich von einer Bedienungsperson mit einem Steuerhebel 7 in eine beliebige Position auf den Schirm 5

ι bringen läßt. Auch läßt sich mit Hilfe des Steuerhebels 7 ψ die Größe des Fensters 6 verändern, um die Fenstergröße so zu wählen, daß das Bild 9 eines , Objektes 8 auf dem Schirm 5 genau in das Fenster hineinpaßt. Auf diese Weise lassen sich Störungen aus der Umgebung des Objektes auf ein Minimum bringen, d.h. unerhebliche Hintergrundskontraste abschirmen. Mit dem Steuerhebel 7 kann die Bedienungsperson den Sensor 1 auf das Objekt 8 richten und dafür sorgen, daß der Korrelationsverfolger sich an dem Objekt festsetzt, in Beim Betätigen des Steuerhebels 7 werden Richt-Signa-Ie erzeugt und über den Video-Korrelator 3 zu einem elektronischen Plattformsystem 10 übertragen, in welchem die Richt-Signale umgesetzt werden, welche die Plattform 2 und damit auch den Sensor 1 sowohl seitlich als auch höhenmäßig ausrichten. Nach dem Festsetzen des Sensors 1 verfolgt dieser die Bewegungen des Objektes 8 und es wird vom Videosignal des Sensors 1 mit Hilfe eines in Verbindung mit F i g. 2 noch zu besprechenden Korrelationsverfahrens ein Fehlersignal abgenommen, das im elektronischen Plattformsystem 10 in Steuersignale umgewandelt wird, mit denen der Sensor, wie zuvor mit dem Steuerhebel 7 beschrieben, ausgerichtet wird.

In der Fig.2 kennzeichnen die mit Doppellinien gezeichneten Pfeile den Bildinformationsfluß. Dieser Informationsfluß aus einem in der Zeichnung nicht dargestellten Bildsensor der zuvor beschriebenen Art erreicht einen A/D-Wandler 11, der ein vom Büdsensor kommendes analoges Videosignal, dessen Amplitude dem Kontrast an jedem Punkt des Sensor-Blickfeldes entspricht, in ein Digitalsignal umsetzt, v/elches in binärer Form die gleichen Daten wie das Videosignal enthält. Ein dem Ausschnitt des Sensor-Blickfeldes entsprechender Teil des Digitalsignals wird während eines jeden Absatzzyklusses in einen Speicher 12 eingelesen, der nachfolgend Reaizeitspeicher genannt werden soll. Der Grund für die Bezeichnung »Realzeitspeicher« beruht darauf, daß die dort gespeicherte Information in Real- oder Echtzeit dem Bildgehalt im abgetasteten Ausschnitt entspricht. Vom Reaizeitspeicher 12 verläuft der Bildinformationsfluß einerseits über einen Aufdatier-Torkreis 13 zum vorerv/ähnten Bezugsbildspeicher 14 und andererseits zu einem Korrelationsrechner 15, der außerdem eine Bildinformation vom Bezugsbildspeicher 14 empfängt und an dem Ausgang des letzteren angeschlossen ist. Die Bezeichnung: »Bezugsbildspeicher« weist darauf hin, daß dieser Speicher 14 die Bezugswerte für das Korrelationsverfahren liefert. Der Fluß der Bildinformation wird mit einer Steuerungs-Logik 16 in Abhängigkeit vom Ergebnis der Korrelationsmessung vorgenommen, wie dies nachfolgend noch zu beschreiben ist.

Wie schon zuvor erwähnt, läßt sich der Büdsensor mit dem Steuerhebel 7 am Objekt 8 festsetzen. Sobald dies geschehen ist, wird der Inhalt des Realzeitspeichers 12 während eines Abtastzyklusses in dem Bezugsbildspeicher 14 kopiert. Im Laufe eines jeden Abtastzyklusses, d.h. wenn jedes Bild in den Realzeitspeicher 12 eingelesen worden ist, werden die Inhalte der zwei Speicher im Korrelationsrechner 15 verglichen, wobei diese Inhalte in unterschiedlichen Relativlagen zueinander liegen. Der Vergleich kann nach einem bekannten Korrelationsverfahren mit Wertungsfaktoren erfolgen, die für jede Relativlage der Bildinformation in den zwei Speichern 12,14 errechnet werden. Die Relaiivlage, in der der höchste Wertungsfaktor, d.h. die maximale Korrelation auftritt, wird in einem Speicher 17 gespeichert. Je nach der Relativlage, in der eine maximale Korrelation erhalten wird, steuert die Steuerungs-Logik 16 den Bildinformationsfluß, d. h. die Korrelationsberechnung und die Aufdatierung des Bezugsbildspeichers 14. Die Steuerungs-Lokik 16 hat auch die Aufgabe, in Abhängigkeit von Signalen des Steuerhebels 7 die Ausrichtung des Fensters 6 vorzunehmen und dem elektronischen Plattformsystem 10 die Fehlersignale zuzuführen.

Das gemäß der vorliegenden Erfindung vorgenommene Aufdatieren des Bezugsbildspeichers 14 wird nun in Verbindung mit F i g. 3 erläutert, in der wie zuvor die mit Doppellinien gezeichneten Pfeile den Informationsfluß wiedergeben.

Fig.3 zeigt vor allem wie der Realzeitspeicher 12 und der Bezugsbildspeicher 14 adressiert werden und wie der Speicher 14 aufdatiert wird. Ein Adressenzähler 18 dient dazu, Teilelemente der Speicher 12 und 14 nacheinander über die Adressenkorrekturkreise 19 bzw. 20 so zu adressieren, daß diese Teilelemente durchgelassen werden, bis alle Teilelemente abgedeckt worden sind. Die Adressenkorrekturkreise 19, 20 werden in Abhängigkeit von der Relativverschiebung zwischen den mit höchstem Wertungsfaktor belegten Inhalten der Speicher 12 und 14 entsprechend vorstehender Beschreibung mit dem Korrelations-Speicher 17 gesteuert. Die Amplitudenwerte der bei diesem Verfahren in dem entsprechenden Speicher adressierten Teilelemente werden in einen Amplitudenlogikkreis 21 oder einem Ausgleichkreis eingelesen, in dem gemäß einem speziellen Merkmal der Erfindung die Amplitudenwerte an entsprechenden Speicherplätzen miteinander kombiniert werden, um entsprechend einem für jede Kombination von Amplitudenwerten geltenden Kriterium festzulegen, mit welchem Amplitudenwert der adressierte Speicherplatz im Bezugsbildspeicher 14 aufzudatieren ist. Ein solches Kriterium kann beispielsweise sein, daß bei schnellen oder großen Kontraständerungen, d.h. bei großen Amplitudendifferenzen zwischen den Inhalten der adressierten Teilelemente ein Mittelwert gebildet wird, mit welchem das Teilelement im Bezugsbildspeicher aufdatiert wird. Dies ist ein Äquivalent einer gewissen Filterung, welche verhindert, daß irgendein plötzlich im Blickfeld erscheinendes Bildelement verfolgt wird. Falls die Amplitudenwerte an zwei entsprechenden Speicherplätzen gleich groß sind, erfolgt verständlicherweise die Aufdatierung mit diesen Werten, d. h. der Inhalt des Teilelementes im Bezugsbildspeicher bleibt unverändert.

Gemäß dem Hauptmerkmal der Erfindung soll das Aufdatieren nach dem Random-Verfahren oder nach einer zuvor festgelegten Auswahlregel so erfolgen, daß während eines jeden Abtastzyklusses der Speicher nur teilweise, und zv/ar an Speicherplätzen, aufdatiert wird, die über die Speicherfläche verteilt sind. Dies geschieht dadurch, daß der gemäß dem zuvor festgelegten Kriterium festgelegte Amplitudenwert dem adressierten Teilelement des Bezugsbildspeichers 14 über einen Torkreis 22 zugeführt v/ird, der von einem Random- oder Primzahl-Generator 23 gesteuert wird. Die Primzahlerzeugung sorgt dafür, daß sich der Torkreis 22 nur für jedes p-te vom Adressenzähler 18 adressierte Teilelement öffnet, wobei ρ eine Primzahl ist, deren Größe im Hinblick auf die erforderliche Aufdatiergeschwindigkeit ausgewählt ist

Wenn ρ gleich 1 wäre, würde der gesamte Bezugsbildspeicher 14 während eines einzigen Abtastzyklusses wie zuvor beschrieben aufdatieri. Daher ist

die Primzahl mindestens gleich 3. Werden Random-Zahlen, d. h. willkürliche Zahlen erzeugt, wird der Torkreis 22 einmal geöffnet, nachdem der Adressenzähler 17 s Teilelemente vorwärts gezählt hat, wobei dann 5 eine Random-Zahl ist, die beispielsweise einer Tafel von willkürlich verteilten Zahlen entnommen wird. Jedesmal, wenn der Torkreis 22 öffnet, erfolgt die Zufuhr einer neuen willkürlichen Zahl. Auf diese Weise ändert sich die Aufdatiergeschwindigkeit wegen der Auswahl unterschiedlicher Mittelwerte, für die Tabelle von Random-Zahlen.

Auf diese Weise ist das Aufdatieren gemäß der vorliegenden Erfindung weder bezogen auf das Ergebnis der Korrelation noch wird es periodisch

durchgeführt, so daß mit größter Wahrscheinlichkeit der Bezugsbildspeicher nicht störende Bildelemente und beispielsweise plötzlich im Blickfeld des Sensors auftretende Bildelemente empfängt. Dies führt dazu, daß ein Korrelations-Objektverfolger, bei dem das. Auf datieren des Bezugsbildspeichers in der vorbeschriebenen Weise erfolgt, nur schwer zu stören ist und daß man ein Objekt mit sehr großer Genauigkeit verfolgen kann.

Es ist auch möglich, die Videosignale einer Radarstation für das Verfolgen eines Objektes zu verwenden. Des weiteren kann das Aufdatieren auch mittels eines festen Schemas, welches sukzessiv über die Fläche des Speichers bewegt wird, vorgenommen werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Korrelations-Objektverfolger, bestehend aus einem Bildsensor mit beschränktem Blickfeld, welcher dieses Blickfeld zyklisch abtastet und in zuvor ausgewählter Form ein das Blickfeld darstellendes Videosignal liefert, einem Video-Korrelator mit zwei adressierbaren Speichern, von denen der eine die Aufgabe hat, innerhalb eines jeden Abtastzyklusses einen Ausschnitt des Blickfeldes in digitaler Form zu speichern, während der zweite Speicher mit dem Inhalt des ersten Speichers aufdatiert wird, wobei der Video-Korrelator so ausgelegt ist, daß er, nachdem der Bildsensor einmal so ausgerichtet wurde, daß der Blickfeldausschnitt ein Objekt umschließt, ein die Ausrichtung des Bildsensors gegenüber dem Objekt steuerndes Fehlersignal erzeugt, und das Fehlersignal einer Verschiebung des Ausschnittes im ersten Speicher gegenüber dem Ausschnitt im zweiten Speicher bei maximaler Korrelation zwischen den Speicherinhalten entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß der Video-Korrelator (3) mit Mitteln (21, 22) versehen ist, die zum Aufdatieren des zweiten Speichers (14) Speicherplatzadressen für den letzteren willkürlich oder gemäß einer zuvor festgelegten Regel so auswählen, daß der zweite Speicher (14) bei jedem Abtastzyklus nur teilweise und an Speicherplätzen aufdatiert wird, die über die Speicherfläche verteilt sind.

2. Korrelations-Objektverfolger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Video-Korrelator (3) so ausgebildet ist, daß er die Adressen der Speicherplätze für das Aufdatieren so auswählt, daß von in einer bestimmten Folge erzeugten Adressen jede p-te ausgewählt wird, wobei ρ eine Primzahl ist.

3. Korrelations-Objektverfolger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Video-Korrelator (3) so ausgebildet ist, daß er beim Aufdatieren eines ausgewählten Speicherplatzes im zweiten Speicher (14) auf den entsprechenden Speicherplätzen des ersten und zweiten Speichers (12, 14) deren Speicherinhalte erfaßt und miteinander kombiniert, um nach einem für alle Kombinationen von Inhalten entsprechendem Kriterium zu bestimmen, welcher Wert in den ausgewählten Speicherplatz des zweiten Speichers (14) aufzudatieren ist.