DE69221258T2

DE69221258T2 - Weitwinkelbild-Erzeugungssystem

Info

Publication number: DE69221258T2
Application number: DE69221258T
Authority: DE
Inventors: Gina Berry; Jerry A Burman; Walter A Tackett
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1991-10-28
Filing date: 1992-10-26
Publication date: 1997-11-27
Anticipated expiration: 2012-10-27
Also published as: EP0539897B1; IL103430A0; IL103430A; EP0539897A3; KR930009348A; KR960014330B1; ES2106117T3; EP0539897A2; US5321798A; JPH05304676A; NO924139D0; CA2076233A1; TR27471A; GR3025203T3; DE69221258D1; NO924139L; AU2723792A; AU647975B2

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen von Bildern einer Szene gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 7. Genauer gesagt betrifft diese Erfindung Systeme, die ein Bild einer Szene erzeugen können, das ein weites Betrachtungsfeld überspannt.
Während die vorliegende Erfindung hier unter Bezugnahme auf eine besondere Ausführungsform beschrieben wird, versteht es sich, daß die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Diejenigen mit normaler Erfahrung auf dem Gebiet und Zugriff zu der Lehre, die hier geliefert wird, werden zusätzliche Ausführungsformen innerhalb des Bereiches von ihr erkennen.

Beschreibung der in Beziehung stehenden Technik

Eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 7 sind aus einem Artikel in NTIS Tech Notes, September 1990, Springfield, USA, NASA's Jet Propulsion Laboratory, "Computer Assembles Mosaics of Satellite- SAR Imagery" bekannt.
Infrarot-Bilderzeugungssysteme werden bei einer Vielzahl von militärischen und kommerziellen Anwendungen verwendet, um entweder eine Bedienungsperson oder ein Führungssystem mit der Ansicht einer Szene zu versehen. Solche Bilderzeugungssysteme sind typischerweise als solche gekennzeichnet, die ein "Betrachtungsfeld" haben, das sich auf die Winkelweite des sich ergebenden Szenenfeldes bezieht. Ein Vorteil, der aus einem weiten Betrachtungsfeld erwächst, ist, daß ein Betrachter des Bildes eines weiten Feldes einzelne Gegenstände darin innerhalb des Zusammenhangs einer größeren Szene beobachten kann. Jedoch geht eine Zunahme des Betrachtungsfeldes im allgemeinen auf Kosten der Abnahme der Bildauflösung innerhalb herkömmlicher Bilderzeugungssysteme.
Verschiedene Verfahren sind beim Versuch verwendet worden, die Notwendigkeit zu vermeiden, die Bildauflösung zu verschlechtern, um ein weites Betrachtungsfeld zu erzielen. Beispielsweise ist bei einer besonderen optischen Methode das Bilderzeugungssystem ausgelegt, ein Paar von optischen Linsen zu enthalten. Eine der Linsen umfaßt ein weites Sichtfeld, während die andere ein relativ schmales Sichtfeld überdeckt. Die Linsen werden dann mechanisch in den und aus dem optischen Zug des Bilderzeugungssystems bewegt, um abwechselnd ein weites Betrachtungsfeld oder eine verbesserte Auflösung zu liefern. Ein Nachteil dieser Methode ist, daß die Geschwindigkeit, mit der die Bedienungsperson zwischen den Sichtfeldern der zwei Linsen umschalten kann, durch die Reaktion des Servosystems beschränkt ist, das verwendet wird, abwechselnd die Linsen in den optischen Zug einzufügen. Des weiteren ist es häufig schwierig, einen sich bewegenden Gegenstand in dem Sichtfeld der Hochauflösungslinse einzufangen, selbst wenn die Lage des Gegenstands ohne weiteres innerhalb des weiteren Gesichtsfeldes offensichtlich ist.
Bei einer zweiten Methode ist ein Bildfühler (typischerweise einer, der ein relativ schmales Sichtfeld hat) an einem Kardanring-Abtastmechanismus befestigt. Der Kardanring wird gedreht, um das Sichtfeld des Fühlers auf verschiedene Bereiche innerhalb des Betrachtungsfeldes zu lenken, wobei Rahmen von Bilddaten durch den Fühler mit einer bekannten Rate (z. B. 60Hz) erzeugt werden. Obgleich einzelne Bereiche über das gesamte Betrachtungsfeld unter Verwendung dieser Methode einzeln betrachtet werden können, kann ein zusammengesetztes Bild des gesamten Betrachtungsfeldes nicht erzeugt werden. Es ist auch im allgemeinen schwierig, einen sich bewegenden Gegenstand innerhalb des Sichtfeldes des Fühlers (durch Drehen des oder Abtasten mit dem Kardanring) zu halten, ohne das sich ergebende Bild zu "verwischen". Des weiteren werden komplexe Verarbeitungsverfahren verlangt, um Bilder über aufeinanderfolgende Rahmen von Bilddaten zu erzeugen.
Bei einer dritten Methode werden Bilddaten von einer Anzahl von getrennten Fühlern verwendet, um ein Realzeitbild eines gesamten Betrachtungsfeldes zu erzeugen. Das Sichtfeld eines ersten Fühlers ist angeordnet, daß es etwas das Sichtfeld eines verschiedenen Fühlers überlappt, um Nähte beim Erscheinen des zusammengesetzten Bildes zu verhindern. Jedoch wird typischerweise eine komplexe und teure Bildverarbeitungshardware verlangt, um dieses Mehrfühlerschema auszuführen. Des weiteren bieten Mehrfühlersysteme nur eine minimale Verbesserung bei dem Signal/Rauschverhältnis im bezug auf Systeme mit einem einzelnen Fühler.
Es folgt, daß ein Bedürfnis auf dem Gebiet nach einem Bilderzeugungssystem mit einem einzelnen Fühler und hoher Auflösung besteht, das ein weites Betrachtungsfeld hat.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist die Zielsetzung der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 7 zu schaffen, das ein verbessertes Signal/Rauschverhältnis über ein weites Betrachtungsfeld liefert.
Diese Zielsetzung wird gemäß der Erfindung durch eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß dem Anspruch 1 bzw. 7 gelöst.
Das Bedürfnis auf dem Gebiet nach einem Bilderzeugungssystem hoher Auflösung, das ein weites Betrachtungsfeld hat, wird durch das Bilderzeugungssystem mit weitern Feld der vorliegenden Erfindung angegangen. Das erfindungsgemäße System kann arbeiten, eine zusammengesetzte, digitale Darstellung einer Szene innerhalb eines Betrachtungsfeldes zu schaffen. Die Erfindung schließt eine Fühleranordnung zur Erzeugung von ersten und zweiten Rahmen von Bilddaten ein. Eine Szenenkorrelationseinrichtung richtet den ersten und den zweiten Rahmen von Bilddaten innerhalb des Betrachtungsfeldes aus. Ein Zeitfilter mittelt Bilddaten in dem ersten Rahmen mit Bilddaten an einer jeweils entsprechenden Stelle in dem zweiten Rahmen, um einen dritten Rahmen von Bilddaten bereitzustellen. Bei der Anzeigeeinrichtung liefert der dritte Rahmen von Bilddaten ein Bild hoher Auflösung und mit weitern Betrachtungsfeld mit minimalen, unerwünschten Nähten darin.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm des Bilderzeugungssystems für ein weites Feld gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 zeigt ein mehr ins einzelne gehendes Blockdiagramm des Bilderzeugungssystems mit weitem Feld der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 stellt die Weise dar, in der die Bildpunktwerte von aufeinanderfolgenden Bildrahmen, die anfangs in den Speicheranordnungen des ersten und des zweiten Fühlers gespeichert sind, in einem Weitfeld-Speicher überlagert werden, der in dem erfindungsgemäßen System eingeschlossen ist.
Fig. 4 stellt einen Betrachtungsmodus dar, bei dem Bildpunktdaten von dem Weitfeld-Speicher und von dem Bildrahmen, der zuletzt in einem Fühlerspeicher gespeichert worden ist, gleichzeitig auf einem Bildschirm angezeigt werden, der in einer Videoanzeigeeinrichtung eingeschlossen ist.
Fig. 5 stellt die Weise dar, in der Bildelementdaten von Abtastungen, die in entgegengesetzten, horizontalen Richtungen und unterschiedlichen Höhenorientierungen genommen worden sind, in dem Weitfeld- Speicher gespeichert sind.
Fig. 6 zeigt einen Binärspeicher, der dein Weitfeld-Speicher dimensionsmäßig äquivalent ist und bei einer Technik verwendet wird, das Vorhandensein eines sich möglicherweise bewegenden Objekts innerhalb des Betrachtungsfeldes zu erfassen.

Beschreibung der Erfindung im Einzelnen

Fig. 1 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm des Weitfeld- Bilderzeugungssystems 10 der vorliegenden Erfindung. Das erfindungsgemäße System 10 kann arbeiten, ein Bild einer Szene innerhalb eines weiten Betrachtungsfeldes F zu erzeugen. Das System 10 kann beispielsweise in einer Rakete oder einem anderen Flugkörper angeordnet werden, um dessen Navigation zu erleichtern. Wie es vollständiger unten beschrieben ist, werden aufeinanderfolgende Rahmen sicht überlappender Bildintensitätsdaten von einem kardanisch abtastenden Fühler 12 durch einen Analog/Digitalwandler (A/D) 14 abgetastet und in einem Fühlerspeicher 16 gespeichert. Eine Szenenkorrelationseinrichtung 18 erzeugt einen Satz von Verschiebungsparametern, der die räumliche Beziehung zwischen den aufeinanderfolgenden Bildrahmen angibt, die in dem Fühlerspeicher 16 gespeichert sind, und die aufeinanderfolgenden Bildrahmen der abgetasteten Daten in Übereinstimmung damit ausrichtet. Die Werte von abgetasteten Daten (Bildpunkte) von überlappenden Bildrahmen, die durch die Korrelationseinrichtung 18 gemeinsamen 5 speicherstellen innerhalb des Weitfeld-Speichers 20 zugeordnet werden, werden durch ein Zeitfilter 22 gewichtet und kombiniert, um selektiv die Daten zu mitteln, um Nähte in der Anzeigeeinrichtung 24 auszuschließen. Ein zusätzliches Merkmal wird durch eine Bildverarbeitungseinrichtung 26 zugeführt, die verwendet werden kann, um Ungleichförmigkeiten von den abgetasteten Bildrahmen zu entfernen, die durch beispielsweise Unvollkommenheiten bei den Fühlern 12 hervorgerufen werden.
Fig. 2 zeigt ein mehr ins einzelne gehendes Blockdiagramm des Weitfeld-Bilderzeugungssystems 10 der vorliegenden Erfindung. Der Fühler 12 arbeitet, analoge Bildinformationen dem A/D-Wandler 14 zu liefern, wenn der Fühler 12 horizontal über das weite Betrachtungsfeld F abtastet (Fig. 1). Obgleich der Fühler 12 vorzugsweise als eine zweidimensionale Brennebenenanordnung hergestellt ist, die an einem kardanmäßigen Abtastmechanismus befestigt ist, können andere Fühleranordnungen hierfür ersetzt werden, die Videodaten quer über das Betrachtungsfeld F sammeln können. Der Fühler 12 ist so ausgewählt, daß er ein Sichtfeld hat, das im wesentlichen enger als das Betrachtungsfeld F ist, - wodurch dem Fühler 12 erlaubt wird, daß er eine relativ hohe Auflösung hat. Die analogen Bilddaten, die von dem Fühler 12 erzeugt werden, entsprechen einzelnen Bildrahmen innerhalb des Betrachtungsfeldes, das heißt, der Fühler 12 nimmt "Schnappschüsse" des Teils der Szene (nicht gezeigt) innerhalb ihres Betrachtungsfeldes mit einer bekannten Häufigkeit (z. B. 60 Hz). Die Geschwindigkeit der Winkeldrehung (im Azimut) des Fühlers 12 über das Betrachtungsfeld F wird so ausgewählt, daß sich ein wesentlicher Bereich der benachbarten Bildrahmen räumlich überlappen.
Der Fühlerspeicher 16 enthält eine erste und eine zweite Fühlerspeicheranordnung 28 und 30, die mit dem A/D-Wandler 14 über einen elektronischen Schalter 32 verbunden sind.
Die Bildpunktwerte (digitalisierte Bilddaten) von aufeinanderfolgenden Bildrahmen werden abwechselnd in die Anordnungen 28 und 30 eingelesen, indem der Zustand des Schalters 32 geändert wird. Insbesondere werden, wenn Bildpunktwerte von einem ersten Bildrahmen in die erste Anordnung 28 eingelesen werden, dann Bildpunktwerte von einem zweiten Bildrahmen in die zweite Anordnung 30 eingelesen. Die Bildpunktwerte von einem dritten Bildrahmen würden dann die Bildpunktwerte von dem ersten Budrahmen ersetzten, der in der ersten Anordnung 28 gespeichert ist.
Die Szenenkorrelationseinrichtung 18 führt einen Korrelationsalgorithmus aus, um Verschiebungsparameter zu erzeugen, die die räumliche Beziehung zwischen den Bildrahmen anzugeben, die mit den Bildpunktwerten verbunden sind, die in der ersten und der zweiten Anordnung 28 und 30 gespeichert sind. Man beachte, daß die aufeinanderfolgende Bildrahmen sowohl horizontal als auch vertikal innerhalb des Betrachtungsfeldes räumlich verschoben sein können, wenn beispielsweise das System 10 der vorliegenden Erfindung an einem sich bewegenden Fahrzeug befestigt ist. Die Korrelationseinrichtung 18 verwendet typischerweise ein iteratives Faltungsverfahren, um die Verschiebungsparameter zwischen der ersten und der zweiten Speicheranordnung 28 und 30 zu bestimmen. Insbesondere arbeitet die Korrelationseinrichtung 18, um sicherzustellen, daß die Anzahl der Zeilen und Spalten, die die zweite Anordnung 30 gegenüber der ersten versetzt sein sollte, derart ist, daß, wenn die verschobenen Anordnungen in dem Speicher 20 für das weite Betrachtungsfeld überlagert werden, die Anzahl der Speicherstellen des Speichers für das weite Feld, die einen gemeinsamen Bildpunktwert haben, maximiert wird. Auf diese Weise spiegeln die Verschiebungsparameter, die von der Korrelationseinrichtung erzeugt werden, die räumliche Verschiebung zwischen dem Bildrahmen, die den in den Anordnungen 28 und 30 gespeicherten Bildpunktwerten entsprechen.
Da sich die Korrelationseinrichtung 18 nicht auf Informationen, die sich auf die Orientierung des kardanischen Abtastinechanismus innerhalb des Betrachtungsfeldes beziehen, beim Erzeugen der Versetzungsparameter verläßt, wird eine vollständige Gleichförmigkeit bei der Winkelgeschwindigkeit des Fühlers 12 nicht verlangt. Im Gegenteil ist es typischerweise bei herkömmlichen, kardanmäßig abtastenden Bilderzeugungseinrichtungen notwendig, ein komplexes Servosystem zu verwenden, um die Abtastrate genau zu steuern. Die Bildkorrelationseinrichtung 18 kann hergestellt werden, indem eine Anzahl von Techniken verwendet wird, die dem Durchschnittsfachmann vertraut sind. Eine solche Technik ist von Ichida u. a. in dem US Patent Nr. 4,220,967 mit dem Titel "Scene Tracker Using Multiple Independant Correlators" geoffenbart, das am 2. September 1980 erteilt wurde.
Die Szenenkorrelationseinrichtung richtet die Bilddaten auf einer Feldgrundlage aus, indem die relative horizontale und vertikale Versetzung zwischen den Feldern während der kardanischen Abtastbewegung abgeschätzt wird. Wenn eine Rahmenbilderzeugung verwendet wird, um das Bild des weiten Betrachtungsfeldes zu erzeugen, dann werden die einzelnen Felder korreliert und verknüpft, um Rahmenseginente zu verbinden.
Eine Korrelation wird auch zwischen Rahmen durchgeführt, um diese Segmente in dem Speicher auszurichten. Man nehme beispielsweise an, daß der Bildpunktwert von einem ersten Bildrahmen in der ersten Zeile und Spalte der ersten Anordnung 28 angeordnet ist und ihm die Speicherstelle P(i, j) innerhalb des Weitfeld-Speichers 20 zugeordnet ist. Als nächstes sei angenommen, daß die Korrelationseinrichtung 18 angibt, daß der in der zweiten Anordnung 30 gespeicherte Bildrahmen zwei zusätzliche Zeilen und über zwei zusätzliche Spalten gegenüber dem Bildrahmen verschoben werden soll, der in der ersten Anordnung 28 gespeichert ist. Der Bildpunktwert von dem nächsten (zweiten) Bildrahmen, der sich in der ersten Zeile und Spalte der zweiten Anordnung 30 befindet, würde dann der Speicherstelle P(i + 2, j + 2) in dem Weitfeld-Speicher 20 durch die Bildverarbeitungseinrichtung 26 zugeordnet, wie es unten erörtert wird. Somit werden die Koordinaten von jeder abgeänderten Bildpunktspeicherstelle schließlich zu dem Weitfeld-Speicher 20 weitergegeben.
Die Bildverarbeitungseinrichtung 26 verwendet die Zeilenund Spaltenverschiebungsparameter, die von der Szenenkorrelationseinrichtung 18 erzeugt werden, um in dem Weitfeld- Speicher 20 aufeinanderfolgende Rahmen von Bildpunktwerten, die vorübergehend in dem Fühlerspeicher 16 gespeichert sind, geeignet zu überlagern. Die Verarbeitungseinrichtung 26 entfernt auch von den Anordnungen 28 und 30 Bildpunktwerte, die beispielsweise dem Umfang des Sichtfeldes des Fühlers 12 entsprechen. Solche "Randdaten" können entweder als ein Ergebnis der Nähe gewisser Erfassungseinrichtungen an dem Umfang der Brennebenenanordnung innerhalb des Fühlers 12 oder als ein Ergebnis vom Rauschen verzerrt sein, das mit dem Abtasten des Fühlers 12 verbunden ist. Die Bildverarbeitungseinrichtung 26 kann beispielsweise durch eine digitale Schaltung ausgeführt werden.
Fig. 3 stellt die Weise dar, in der die Bildpunktwerte von aufeinanderfolgenden Budrahmen, die anfangs in den Fühlerspeicheranordnungen 28 und 30 gespeichert werden, in dem Weitfeld-Speicher 20 überlagert werden. Wie es in Fig. 3 gezeigt ist, werden die Rahmen von Bildpunktdaten P&sub1; bis Pn der Reihe nach innerhalb des Speichers 20 gespeichert, wenn der Fühler 12 über das Betrachtungsfeld abtastet. Man erkennt, daß der Rahmen P&sub2; gegenüber dem Rahmen um δR Zeilen und δC Spalten innerhalb des Speichers 20 verschoben ist, wobei δR und δC proportional den Verschiebungsparametern sind, die durch die Szenenkorrelationseinrichtung 18 erzeugt worden sind. Die überlagerten Rahmen der Bildpunktdaten P&sub1; bis Pn, die das Betrachtungsfeld überspannen, besetzten C Spalten und R Zeilen innerhalb des Weitfeld-Speichers 20.
Erneut auf Fig. 2 bezugnehmend, wird bei der Initiierung einer Abtastfolge durch den Fühler 12 der Bildpunktwert, der von jeder Speicherstelle in dem Weitfeld-Speicher 20 gehalten wird, auf -1 initialisiert. Somit gibt das Vorhandensein einer -1 an einer Speicherstelle in dem Speicher 20 an, daß die Bilddate von dem Bereich des Betrachtungsfeldes, der hiermit verbunden ist, noch nicht gesammelt worden ist. Nachdem die Bildpunktwerte in dem Fühlerspeicher 16 Speicherstellen innerhalb des Speichers 20 zugeordnet werden, gibt die Bildverarbeitungseinrichtung 26 seriell (wie es durch den Datenweg 34 angegeben ist) diese Bildpunktwerte an das Zeitfilter 22 weiter. Das Zeitfilter 22 liest (Weg 36) den Bildpunktwert, der in dem Speicher 20 an der Speicherstelle gespeichert ist, die der zuletzt auf dem Weg 34 zu dem Filter 22 übertragenen Bildpunktwert zugeordnet ist. Es sei angenommen, daß diesem Bildpunktwert die Speicherstelle (i, j) in dem Speicher 20 zugeordnet ist und als I(i, j) bezeichnet wird. Wie es durch einen Bildpunktprüfblock 38 angegeben ist, wird, wenn der Bildpunktwert, der von dem Speicher 20 über den Weg 36 gewonnen ist, eine -1 ist, dann wird I(i, j) unmittelbar in dem Speicher 20 an der Speicherstelle (i, j) über einen Datenweg 40 angeordnet. Der Bildpunktprüfblock 38 kann beispielsweise mit einem Vergleicher und Datenregister ausgeführt werden.
Wenn der Bildpunktwert (mit P(n, i, j))\, wo "n" die Zeit angibt), der von der Speicherstelle (i, j) in dem Speicher 20 wiedergewonnen worden ist, nicht eine -1 ist, dann wird der zugeordnete Bildpunktwert I(i, j) zu einer ersten Multiplikationseinrichtung 44 (Weg 42) geschickt. Die Multiplikationseinrichtung 44 kann durch eine Nachschlagtabelle hergestellt werden, und arbeitet, den zugeordneten Bildpunktwert I(i, j) mit der Größe (1-a) zu multiplizieren, wo "a" ein einstellbarer Filterkoeffizient ist. Die Speicherstelle (i, j) in dem Speicher 20 ist ebenfalls mit einer zweiten Multiplikationseinrichtung 46 durch einen Weg 48 verbunden. Die Multiplikationseinrichtung 46 kann auch durch eine Nachschlagtabelle hergestellt werden und arbeitet, den Bildpunktwert P(n, i, j), der gegenwärtig die Speicherstelle (i, j) besetzt, mit dem Filterkoeffizienten "a" zu multiplizieren. Die Bildpunktwerte (1-a) I(i, j) und aP (n, i, j), die durch die Multiplikationseinrichtungen 44 und 46 erzeugt werden, werden dann durch eine Summiereinrichtung 50 addiert, um einen kombinierten, gewichteten (gefilterten) Bildpunktwert zu erzeugen, der mit P(n + 1, i, j) bezeichnet wird. Der Bildpunktwert P(n + 1) i, j) wird dann in die Speicherstelle (i, j) in dem Speicher 20 eingeführt, und kann ausgedruckt werden, wie:
P(n + 1, i, j) = aP(n, i, j) + (i - a) I(i, j) (1)
Eine Untersuchung der Gleichung [1] offenbart, daß Zunahmen bei dem Wert des Parameters "a" zu einer größeren Filterung der "neuen" Bildpunktdaten I(i, j) führt, da die Größe (1 - a) proportional abnimmt. Der Parameter "a" wird typischerweise durch Abänderung der Software eingestellt, die mit den Nachschlagtabellen verbunden ist, die verwendet werden, die Multiplikationseinrichtungen 44 und 46 herzustellen. Dieses Filterverfahren trägt auch zu einer Verbesserung bei dem Signal/Rauschverhältnis an jeder Bildpunktspeicherstelle in dem Speicher 20 bei. Insbesondere kann die Zunahme (6) bei dem Signal/Rauschverhältnis, die durch das Filter 22 bewirkt wird, angenähert werden durch:
δ(Signal/Rauschverhältnis) = (1 - aZ)/(1 - a)² (2)
Als ein Beispiel wird bei einem Filterkoeffizienten "a" von 0,5 die Verbesserung bei dem Signal/Rauschverhältnis ungefähr 3:1. Eine Verbesserung des Signal/Rauschverhältnisses an den Speicherstellen in dem Speicher 20 verstärkt die Klarheit des Weitfeldbildes, das durch die Anzeigeeinrichtung 24 geschaffen wird.
Das Zeitfilter 22 arbeitet, um im wesentlichen zu verhindem, daß sich "Nähte" zwischen dem einzelnen Bildrahmen entwickeln, die verwendet werden, das zusammengesetzte Weitfeldbild zu synthetisieren. Das heißt, wo Bildpunktdaten I(i, j), die in dem Speicher 20 nur durch Austausch der vorher bestehenden Bildpunktdaten P(m, i, j) eingeführt werden, könnten solche Nähte (Diffenzen bei der Helligkeit zwischen benachbarten Bildrahmen) möglicherweise in dem angezeigten Weitfeldbild erscheinen. Unterschiede bei der Helligkeit zwischen aufeinanderfolgenden Rahmen können beispielsweise aufgrund von Rauschen auftreten, das mit dem Abtasten des Fühlers 12 oder dem Betrieb der automatischen Verstärkungssteuerschaltung verbunden ist. Die Einheitsverstärkung des Filters 22 gestattet, daß die gefilterten Bildpunktwerte unmittelbar in den Speicher 20 eingeführt werden, ohne einer Skalierungsoperation ausgesetzt zu werden.
Es wird auch angemerkt, daß das Filter 22 von der Art mit unendlicher Impulsreaktion ist, das die Speicher- und Berechnungsanforderungen im bezug auf Konstruktionen mit endlicher Impulsreaktion verringert. Das heißt, bei gewissen Filterausführungen mit unendlicher Impulsreaktion kann der Einschluss einer großen Anzahl von Bildpunktwerten in das Filterverfahren dessen Wirkungsgrad behindern. Filter mit unendlicher Impulsreaktion können aus einer erwünschten Filterfunktion aufgebaut werden, indem die Impulsübertragungsfunktion ("z" Transformation) davon gefunden wird. Die Größen innerhalb des z Transformation werden dann entweder als Hardware oder Software hergestellt. Bei dem Filter 22 ist die Anzahl der Bildpunktwerte, die für jede Speicherstelle in dem Speicher 20 berechnet und verarbeitet werden, eine Funktion der kardanischen Abtastrate und beeinflußt die Leistung nicht nachteilig.
Wie es oben erwähnt worden ist, ist die Anzeigeeinrichtung 24 betriebsmäßig mit dem Weitfeld-Speicher 20 gekoppelt. Die Anzeigeeinrichtung 24 kann ein herkömmlicher Fernsehbildschirm oder eine Anzeigeeinrichtung bilden, die typischerweise in herkömmlichen Infrarotbilderzeugungsgeräten verwendet wird (wie dem RS-170, der 525 horizontale Zeilen hat).
Wenn der Fühler von links nach rechts über das Betrachtungsfeld abtastet, können Bilddaten der Anzeigeeinrichtung 24 unmittelbar geliefert werden, nachdem sie in dem Speicher 20 gespeichert worden sind. In einer ersten Betriebsart wird der Speicher 20 erneut initialisiert (a-1 wird an jeder Speicherstelle angeordnet) an dem Ende von jeder Abtastung von links nach rechts. Wenn der Fühler dann von links nach rechts abtastet, wird der Speicher 20 mit Bildpunktdaten in der Weise gefüllt, die oben unter Bezugnahme auf die Abtastung von links nach rechts erörtert worden ist. Wiederum wird bei Abschluss jeder Abtastung von links nach rechts der Speicher 20 wieder initialisiert, bevor die nächste Abtastung von links nach rechts begonnen wird.
In einer zweiten Betriebsart wird ein zusätzlicher Weitfeld-Speicher (nicht gezeigt) verwendet, Bildpunktdaten zu speichern, die während der Abtastung von rechts nach links gesammelt worden sind, während der Weitfeld-Speicher 20 dazu dient, Bildpunktwerte zu speichern, die während der Abtastung von links nach rechts gesammelt worden sind. Somit würden vor dem Auftreten irgendeiner Abtastung der zusätzliche Speicher und der Speicher 20 initialisiert werden, indem a-1 an jeder Speicherstelle angeordnet wird. Während der anfänglichen Abtastung von links nach rechts würden die Bildpunktdaten, die in dem Speicher 20 angesammelt worden sind, der Anzeigeeinrichtung 24 zugeführt. Bei Beendigung der ersten Abtastung von links nach rechts würde der Speicher 20 nicht erneut initialisiert werden, und der Fühler 12 würde eine Abtastung von rechts nach links begin nen, wobei die Daten hiervon in dem zusätzlichen Speicher gespeichert werden. Während der Abtastung von rechts nach links wird die Anzeigeeinrichtung 24 von den Daten in dem zusätzlichen Speicher angesteuert. Ahnlich würde zu Beginn der zweiten Abtastung von links nach rechts die Anzeigeeinrichtung 24 erneut mit dem Speicher 20 verbunden, und weder der Speicher 20 noch der zusätzliche Speicher würden erneut initialisiert werden.
Fig. 4 stellt einen Betrachtungsmodus dar, bei dem Bildpunktdaten von dem Weitfeld-Speicher 20 und von dem Bildrahmen, der zuletzt in dem Fühlerspeicher 16 gespeichert worden ist, gleichzeitig auf einem Bildschirm 56 angezeigt werden, der in der Anzeigeeinrichtung 24 eingeschlossen ist. Insbesondere sind in der Vorderansicht der Fig. 4 ein Weitfeldbild W und ein "lebendiges" Bild L auf dem Bildschirm 56 angezeigt. Das Weitfeldbild W wird, wie es oben beschrieben worden ist, auf der Grundlage der Bildpunktwerte in dem Speicher 20 gebildet, während das lebendige Bild L durch Anzeigen der ungefilterten Bildpunktdaten von dem letzten, in dem Speicher 16 gespeicherten Bild erzeugt wird. Wie es in Fig. 4 gezeigt ist, werden Symbolmarkierungen M1 und M2 verwendet, um die Stelle des lebendigen Bildes innerhalb des Betrachtungsfeldes abzugrenzen. Die Markierungen M1 und M2 können unter Bezugnahme auf die momentane Winkelausrichtung des Fühlers 12 erzeugt werden.
Alternativ können die Markierungen M1 und M2 von Hand durch eine Bedienungsperson gesteuert werden, um einen Bezugsrahmen (wiederum durch Symbolmarkierungen M1 und M2 festgelegt) innerhalb des Weitfeldbildes W auszuwählen. Die Bildpunktdaten, die Anlass für den Bezugsrahmen in dem Weitfeldbild W geben, werden dann gleichzeitig in der Form des Bildes L angezeigt. Die Symbolmarkierungen können von Hand mit Hilfe eines beispielsweise Wählfühlers mit einem begleitenden Softwaretreiber verschoben werden.
Zusätzlich zu dem horizontalen Abtasten über das Betrachtungsfeld kann der Fühler 12 in der Höhenrichtung bei Abschluss ausgewählter, horizontaler Abtastungen umgelenkt werden. Beispielsweise kann der Höhenwinkel des Fühlers 12 bei Abschluss von jeder Abtastung von links nach rechts erhöht und um die gleiche Größe bei Abschluss jeder Abtastung von rechts nach links verringert werden, um die vertikale (Höhen-)Abmessung des Betrachtungsfeldes zu vergroßern. Dieses Merkmal der vorliegenden Erfindung kann unter Bezugnahme auf die beispielhafte Darstellung des Weitfeld- Speichers 20 beschrieben werden, der in Fig. 5 dargestellt ist.
Wie es in Fig. 5 dargestellt ist, ist der Fühler 12 in der Höhenabmessung so ausrichtet, daß Bildpunktdaten einer Abtastung von links nach rechts über einen unteren Abschnitt eines vergrößerten Betrachtungsfeldes in dem Block der Speicherstellen LR gespeichert werden. Bei Abschluss der Abtastung von links nach rechts wird der Höhenwinkel des Fühlers 12 vergrößert und Bildpunktwerte von der folgenden Abtastung von rechts nach links werden in dem Block der Speicherstellen RL gespeichert. Eine zweite Szenenkorrelationseinrichtung (nicht gezeigt) wird verwendet, um Verschiebungsparameter zu erzeugen, die eine Ausrichtung der Blöcke LR und RL in dem Speicher 20 ermöglichen. Beispielsweise könnte die Korrelationseinrichtung 18' arbeiten, den letzten Rahmen von Bildpunktwerten in dem Block LR mit dem ersten Bildpunktwertrahmen in dem Block RL zu korellieren, um einen Höhenverschiebungsparameter zu erzeugen. Dieser Verschiebungsparameter wäre der Anzahl von Zeilen (δR') proportional, um die die Blöcke RL und LR in dem Speicher 20 getrennt werden sollten. Die unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschriebene Technik kann verwendet werden, um eine "Abwärtsbereichskarte" einer Szene innerhalb des vergrößerten Betrachtungsfeldes zu erzeugen.
Bei einer besonderen Ausführungsform kann die vorliegende Erfindung verwendet werden, das Vorhandensein eines sich möglicherweise bewegenden Gegenstands innerhalb des Betrachtungsfeldes zu erfassen. Dieses Merkmal der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 6 erläutert, die einen Binärspeicher 200 zeigt, der in der Abmessung dem Speicher 20 äquivalent ist. Jede Speicherstelle in dem Speicher 200 ist mit einer Begleitspeicherstelle in dem Speicher 20 identifiziert. Zu Beginn des Abtastens wird jede Speicherstelle in dem Speicher 200 auf null initiahsiert. Wenn ein Gegenstand in dem Betrachtungsfeld in Bewegung ist, dann ändern sich Bildpunktwerte in dem Speicher 20, die Bereichen in dem Betrachtungsfeld auf dem Weg des sich bewegenden Gegenstands zugeordnet sind, mit der Zeit. Dieser Zustand kann erfaßt werden, indem eine "1" in den Begleitspeicherstellen in dem Speicher 200 angeordnet wird, die den Speicherstellen in dem Speicher 20 zugeordnet sind, der Bildelemente haben, deren Wert sich bei einer Überschreitung einer Schwellengröße zwischen Abtastungen ändert. Wenn eine räumliche, aufeinanderfolgende Reihenfolge von "1" in dem Speicher 200 erscheint, ist ein sich möglicherweise bewegender Gegenstand identifiziert. Die Schwellenänderung, die überschritten werden muss, um eine "1" in dem Speicher 200 zu erzeugen, ist eine Funktion des Filterparameters "a" und der kardanischen Abtastrate.
Die Bewegungsrichtung des sich möglicherweise bewegenden Gegenstands kann bei Kenntnis der momentanen kardanischen Abtastrichtung und der Art unterschieden werden, in der die 1 in dem Speicher 200 erscheinen. Wenn beispielsweise die Kardaneinrichtung von links nach rechts abtastet und der beobachtete Gegenstand sich von rechts nach links in dem Betrachtungsfeld bewegt, dann erscheint die Zeile mit 1, die in Fig. 6 gezeigt ist, von rechts nach links in der Zeit. Ähnlich wird, wenn die Fühlerabtastung von links nach rechts ist, und sich der Gegenstand von links nach rechts bewegt, dann die Zeile mit 1 von links nach rechts als Funktion der Zeit erscheinen. Eine ähnliche Analyse kann angewendet werden, um die Bewegungsrate in dem Ausmaß sicherzustellen, daß die Abtastrate und die Rate, mit der die 1 in dem Speicher 200 erscheinen, bekannt sind.
Während die vorliegende Erfindung hier unter Bezugnahme auf eine bestimmte Ausführungsform beschrieben worden ist, versteht es sich, daß die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Die Lehre dieser Erfindung kann von einem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet verwendet werden, um Abänderungen innerhalb ihres Bereiches vorzunehmen. Beispielsweise ist das erfindungsgemäße Weitfeld-Bilderzeugungssystem nicht auf eine bestimmte Fühlerabtastanordnung beschränkt. Irgendeine Abtasteinrichtung, die eine Folge von gerahmten Bilddaten liefern kann, kann in der hier geoffenbarten Weise verwendet werden. Zusätzlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf Ausführungsformen beschränkt, die das vorgenannte Zeitfilter verwenden, um Bildpunktdaten vor dem Speichern in einem Weitfeld-Speicher zu verarbeiten. Der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet ist sich anderer Schemata bewußt, die durch die Lehre hier vorgeschlagen werden, um die Kontinuität des zusammengesetzten Weitfeldbildes zu verstärken.
Es wird deshalb in Betracht gezogen, daß die beigefügten Ansprüche irgendwelche und alle solche Abänderungen überdecken.

Claims

1. Eine Vorrichtung zum Schaffen einer zusammengesetzten digitalen Darstellung einer Szene innerhalb eines Betrachtungsfelds, das sich auf die Winkeibreite des sich ergebenden Bilds der Szene bezieht, mit:

einem Sensormittel (12) zum Erzeugen einer Vielzahl von Rahmenblöcken von Bilddaten, das geeignet ist zum Aufnehmen der Bildrahmenblöcke derart, daß jeweils zwei aneinander angrenzende Bildrahmenblöcke wenigstens teilweise miteinander überlappen;

einem Korrelationsmittel (18) zum Korrelieren der jeweils zwei aneinander angrenzenden Rahmenblöcke der Bilddaten und zum Erzeugen einer Versatzgröße, die die relativen Lagen eines jeden Bildrahmenblocks der zwei Bildrahmenblöcke in bezug zueinander anzeigt, und zum räumlichen Ausrichten der Bildrahmenblöcke;

einem Mittelungsmittel (22) zum Mitteln von Bilddaten, die in dem Überlappbereich eines jeden Bildrahmenblocks der zwei aneinander angrenzenden Bildrahmenblöcke gelegen sind, zum Schaffen eines dritten Rahmenblocks von Bilddaten; und

einem Zusammensetzmittel (20) zum Zusammensetzen der zusammengesetzten digitalen Darstellung;

dadurch gekennzeichnet,

daß das Mittelungsmittel (22) ein Zeitfiltermittel ist;

daß das Sensormittel (12) geeignet ist zum Aufnehmen der Bildrahmenblöcke derart, daß nebeneinanderliegende Bildrahmenblöcke wesentliche, räumlich überlappende Gebiete aufweisen; und

daß das Zusammensetzmittel (20) geeignet ist, nur die wesentlichen, räumlich überlappenden Gebiete zum Zusammensetzen der digitalen Darstellung zu verwenden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Zeitfiltermittel (22) ein Mittel (44) enthält zum Mulitplizieren von Pixeln der Bilddaten in dem ersten Rahmenblock mit einem ersten Wichtungsfaktor.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Zeitfiltermittel (22) ein Mittel (46) enthält zum Multiplizieren von Pixeln der Bilddaten in dem zweiten Rahmenblock mit einem zweiten Wichtungsfaktor.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Zeitfiltermittel ein Mittel (50) enthält zum Kombinieren der gewichteten Pixel in dem ersten Rahmenblock mit entsprechenden gewichteten Pixeln in dem zweiten Rahmenblock zum Schaffen des dritten Rahmenblocks gemittelter Bilddaten.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Mittel (50) zum Kombinieren ein Mittel enthält zum Summieren der Werte der gewichteten Pixel in dem ersten Rahmenblock mit entsprechenden gewichteten Pixeln in dem zweiten Rahmenblock zum Schaffen des dritten Rahmenblocks gemittelter Bilddaten.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, die ein Mittel enthält zum Anzeigen (24) des dritten Rahmenblocks ausgerichteter, gemittelter Bilddaten.

7. Ein Verfahren zum Schaffen einer zusammengesetzten digitalen Darstellung einer Szene innerhalb eines Betrachtungsfelds, welche sich auf die Winkelbreite des sich ergebenden Bilds der Szene bezieht, mit den Schritten des

Erzeugens einer Mehrzahl von Rahmenblöcken von Bilddaten, wobei jeweils zwei nebeneinanderliegende Bildrahmenblöcke wenigstens teilweise einander überlappen;

Korrelierens der jeweils zwei nebeneinanderliegenden Rahmenblöcke von Bilddaten zum Erzeugen von Versatzgrößen, die die relativen Lagen eines jeden der zwei nebeneinanderliegenden Bildrahmenblöcke in bezug zueinander anzeigen; und

räumlichen Ausrichtens eines jeden Rahmenblocks der zwei nebeneinanderliegen Rahmenblöcke von Bilddaten unter Verwendung der Versatzgrößen; und

Mittelns der in dem überlappgebiet eines jeden Budrahmenblocks der zwei nebeneinanderliegenden Bildrahmenblöcke gelegenen Bilddaten zum Schaffen eines dritten Rahmenblocks von Bilddaten,

gekennzeichnet durch

Auswählen der Bildrahmenblöcke derart, daß nebeneinanderhegende Bildrahmenblöcke einen wesentlichen, überlappenden Teil aufweisen;

Zusammensetzen der zusammengesetzten digitalen Darstellung nur durch Verwendung gemittelter Bilddaten der überlappenden Gebiete.