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WO2019137643A1 - Verfahren und vorrichtung zur optischen zielverfolgung von mit einem hochenergielaser bestrahlbarem zielobjekt - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur optischen zielverfolgung von mit einem hochenergielaser bestrahlbarem zielobjekt Download PDF

Info

Publication number
WO2019137643A1
WO2019137643A1 PCT/EP2018/077379 EP2018077379W WO2019137643A1 WO 2019137643 A1 WO2019137643 A1 WO 2019137643A1 EP 2018077379 W EP2018077379 W EP 2018077379W WO 2019137643 A1 WO2019137643 A1 WO 2019137643A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
laser
target object
camera
wavelength
illumination
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/077379
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Ludewigt
Original Assignee
Rheinmetall Waffe Munition Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rheinmetall Waffe Munition Gmbh filed Critical Rheinmetall Waffe Munition Gmbh
Publication of WO2019137643A1 publication Critical patent/WO2019137643A1/de

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41H—ARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
    • F41H13/00—Means of attack or defence not otherwise provided for
    • F41H13/0043—Directed energy weapons, i.e. devices that direct a beam of high energy content toward a target for incapacitating or destroying the target
    • F41H13/005—Directed energy weapons, i.e. devices that direct a beam of high energy content toward a target for incapacitating or destroying the target the high-energy beam being a laser beam
    • F41H13/0056—Directed energy weapons, i.e. devices that direct a beam of high energy content toward a target for incapacitating or destroying the target the high-energy beam being a laser beam for blinding or dazzling, i.e. by overstimulating the opponent's eyes or the enemy's sensor equipment
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G3/00—Aiming or laying means
    • F41G3/14—Indirect aiming means
    • F41G3/145—Indirect aiming means using a target illuminator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G3/00—Aiming or laying means
    • F41G3/14—Indirect aiming means
    • F41G3/16—Sighting devices adapted for indirect laying of fire
    • F41G3/165—Sighting devices adapted for indirect laying of fire using a TV-monitor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G3/00—Aiming or laying means
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41H—ARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
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    • F41H13/0043—Directed energy weapons, i.e. devices that direct a beam of high energy content toward a target for incapacitating or destroying the target
    • F41H13/005—Directed energy weapons, i.e. devices that direct a beam of high energy content toward a target for incapacitating or destroying the target the high-energy beam being a laser beam
    • F41H13/0062—Directed energy weapons, i.e. devices that direct a beam of high energy content toward a target for incapacitating or destroying the target the high-energy beam being a laser beam causing structural damage to the target
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T5/00—Image enhancement or restoration
    • G06T5/50—Image enhancement or restoration using two or more images, e.g. averaging or subtraction
    • G—PHYSICS
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    • G06T5/00—Image enhancement or restoration
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    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/10—Image acquisition modality
    • G06T2207/10004—Still image; Photographic image
    • G06T2207/10012—Stereo images
    • G—PHYSICS
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    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/10—Image acquisition modality
    • G06T2207/10024—Color image
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/30—Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30212—Military

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for optical target tracking of a high-energy laser irradiated target object, wherein the target object is illuminated with a illumination laser.
  • the laser beam of a high-energy laser is usually aligned by an optical tracking method on a target object.
  • an image of the target object is usually generated on a camera with an imaging optics.
  • the spatial position of the target object is determined and aligned the laser beam to the target object.
  • the alignment of the laser beam is done mechanically by the movement of a support platform or optically e.g. by the controlled movement of a deflection mirror.
  • the control loop will run for a correspondingly short period of time, i. with a suitably high clock rate, from, the Jardiningfre frequencies may be up to the kHz range.
  • Laser guns using high energy lasers have high precision, so precise beam alignment is particularly important.
  • the laser beam can be aligned with a defined object point, which is particularly vulnerable.
  • the illumination laser usually has a larger beam cone than the active laser and is also aligned in the direction of the target object.
  • the laser beam of the active laser is exactly aligned with the target object and acts on it, there is often a strong flame and / or smoke development of the target object.
  • the material of the target object is heated by the laser irradiation, so that the target object emits thermal radiation or optical radiation is generated by chemical reactions. Due to these effects, a strong disturbance of the camera image occurs because the target object is at least partially obscured by flames and smoke and in the evaluation area of the image very bright areas arise (flame, intrinsic lighting), which distort the evaluation.
  • a further precise alignment of the laser beam of the active laser on the target object is then no longer possible (Trackver loss).
  • the invention has for its object to provide a method with which the influence of interference is reduced or suppressed, so that a precise alignment of the La serstrahles the Wirklasers on the target object is also possible when object on the target triggered by the laser beam Flame and / or smoke or self-lighting occurs. Furthermore, an apparatus for carrying out the method should be specified.
  • the invention is based essentially on the idea of suppressing the influence of interference caused by flames, smoke and / or intrinsic lighting on a precise positioning tion of the laser beam of the active laser by a special imaging technique to un or significantly reduced. For this purpose, a difference image is determined from two camera shots of the target object in which the interference does not occur. This image is then used to determine the position of the object and is used to track the laser beam.
  • the difference image two images of the target object in different wavelength ranges, each with a separate camera, are recorded synchronously and with the same exposure time, wherein the first wavelength range is selected such that the radiation of the illumination laser can be measured.
  • the ent speaking camera image is then the object of the interference superimposed again.
  • the second wavelength range is compared to the first wavelength range pushed something ver, such that although not the radiation of the illumination laser itself, but the radiation caused by the irradiation with the high energy laser radiation by flame education and / or self-illumination of the surface material of the target object (interference) ge measured ,
  • This camera image contains only the disturbance.
  • the second Kame rasent electronically subtracted from the first camera image, creates a difference image with a liberated from the interference target object.
  • the difference image is then evaluated with respect to the position of the target object and the direction of the laser beam is controlled. Subsequently, the image recording starts again in the manner described before standing.
  • the invention proposes a Differenz pelletmitt ment before. For this purpose, synchronously and with the same exposure time, two camera lenses of the target object are recorded and stored in different wavelength ranges, each with a separate camera. The first wavelength range is selected such that the radiation of the illumination laser can be measured.
  • the second wavelength Gen Scheme is slightly shifted from the first wavelength range, such that although not the radiation of the illumination laser itself but a caused by the Bestrah treatment with the high-energy laser interference is measured. If the second camera image is now electronically subtracted from the first camera image, a difference image is produced with a target object freed from the interference.
  • the advantage is, inter alia, that even disorders caused by other light sources, such as solar radiation and reflections of solar radiation, are suppressed.
  • FIG. 1 shows the schematic representation of a device (laser arrangement) for carrying out the method according to the invention with active laser, beam guiding system, illumination laser, cameras and computers;
  • FIG. 2 shows the image of a target object recorded with a first camera, in which the wavelength range is selected such that the light of the illumination laser can be measured;
  • FIG. 3 shows the image recorded temporally simultaneously with a second camera, in which the wavelength range is selected such that only the disturbance is visible;
  • FIG.4 like from the difference of the camera images.
  • Figures 2 and 3 resulting camera image of the target object.
  • a laser arrangement is denoted by 1
  • a high energy laser 2 (weapons or active laser)
  • a lighting laser 6 and a electronic computer 7 includes.
  • the La seranix can be arranged on a support platform, not shown.
  • the beam guidance system 3 also called a radiation guidance module, can also comprise mirrors as optical elements in addition to lenses.
  • the active laser 2 is connected via a fiber optic cable 8 to the beam guiding system 3.
  • the latter consists essentially of a collimating lens 9, a first deflecting mirror 10 and a pivotable second deflecting mirror 1 1 and two Teleskoplin sen 12 and 13th
  • the first deflecting mirror gel 10 and another deflecting mirror 16 are formed as dichroic beam splitters, which thus have a wavelength-dependent reflection or transmission.
  • the target object 5 is constantly illuminated with the aid of the illumination laser 6, whereby the latter is also trackable to the moving target object 5 and, for example, is connected to a corresponding drive 17 for this purpose.
  • Both the active laser 2 and the illumination laser 6 and the cameras 14, 15, a drive 18 for the pivotable mirror 1 1 and the drive 17 for thearrangedsla ser 6 are connected via corresponding electrical lines to the computer 7.
  • the carrier platform is also tracked to the target object 5.
  • a narrow-band filter 20 which transmits the Wellenlän ge of the illumination laser 6 well.
  • the corresponding camera image contains the image generated by the illumination laser 6 superimposed with the interference (flame, egg genITAn), which are in the spectral range of the optical filter 20.
  • an optical filter 21 which does not transmit the lighting laser, but the light of the interference in a slightly offset spectral range at the same spectral width as the filter 20 has.
  • the central wavelength of the optical filter 20 of the first camera 14 corresponds to the wavelength of the illumination laser 6.
  • the center wavelength of the optical filter 21 in front of the second camera may be larger or smaller than the central wavelength of the opti's filter 20 of the first camera 14.
  • the wavelength spacing is free selectable.
  • the wavelength of the illumination laser 6 may be in the visible or near infrared range. Adapted to this are filters and cameras.
  • the dichroic mirror 16 is designed so that the mirror 16 reflects the first wavelength (for the camera 14) and transmits the second wavelength (for the camera 15).
  • the computer 7 evaluates the corresponding signals of the two cameras 14, 15.
  • the camera 15 delivers the reproduced in Figure 3 camera image 24 of the interference 23 without target object. 5
  • the camera 14 delivers the camera image 22 shown in Figure 2 of a partially obscured by the disturbance 23.
  • the laser beam 4 can now be precisely aligned with the target point 19.
  • the same imaging lenses are used for the generation of the camera images, so that the image sizes are the same and the difference provides directly a unique image. It is also advantageous cameras of the same type, ie with the same Sen soriere, with the same sensitivity, etc. use.
  • means of image processing can be used to compensate for image size or signal strength. Such image processing is well known.
  • the illumination laser wavelength was 980nm.
  • the optical filter 20 was therefore chosen such that the central wavelength is also 980 nm and the spectral transmission width is 10 nm.
  • the dichroic beam splitter 16 in this case has its spectral edge at 975 nm.
  • the optics for imaging on the cameras 14, 15 may be independent of the beam guidance system 3 and stand-alone optics.

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (1) zur optischen Zielverfolgung von mit einem Hochenergielaser (2) bestrahlbarem Zielobjekt (5), wobei das Zielobjekt (5) mit einem Beleuchtungslaser (6) beleuchtet wird. Um eine präzise Ausrichtung des Laserstrahles (4) des Hochenergielasers (2) auf dem Zielobjekt (5) auch dann zu ermöglichen, wenn auf dem Zielobjekt (5) eine durch den Laserstrahl (4) ausgelöste Flammen- und / oder Rauchentwicklung oder ein Eigenleuchten (Störung) auftritt, schlägt die Erfindung eine Differenzbildermittlung vor. Hierzu werden zeitlich synchron und mit gleicher Belichtungszeit zwei Kamerabilder des Zielobjektes (5) in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen mit jeweils einer separaten Kamera (14, 15) aufgenommen und gespeichert, wobei der erste Wellenlängenbereich derart gewählt wird, dass die Strahlung des Beleuchtungslasers (6) messbar ist. Der zweite Wellenlängenbereich ist gegenüber dem ersten Wellenlängenbereich etwas verschoben, derart, dass zwar nicht die Strahlung des Beleuchtungslasers (6) selbst aber die durch die Bestrahlung mit dem Hochenergielaser (2) verursachte Störung gemessen wird. Wird nun das zweite Kamerabild von dem ersten Kamerabild elektronisch subtrahiert, entsteht ein Differenzbild mit einem von der Störung befreiten Zielobjekt.

Description

B E S C H R E I B U N G
VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR OPTISCHEN ZIELVERFOLGUNG VON MIT EINEM HOCHENERGIELASER BESTRAHLBAREM ZIELOBJEKT
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur optischen Zielverfolgung von mit einem Hochenergielaser bestrahlbarem Zielobjekt, wobei das Zielobjekt mit einem Beleuchtungslaser beleuchtet wird.
Bei Laserwaffen wird der Laserstrahl eines Hochenergielasers (Wirklasers) üblicherweise durch ein optisches Trackingverfahren auf ein Zielobjekt ausgerichtet. Dabei wird in der Regel mit einer Abbildungsoptik ein Bild des Zielobjektes auf einer Kamera erzeugt. Durch eine entsprechende Software wird die räumliche Lage des Zielobjektes bestimmt und der Laserstrahl auf das Zielobjekt ausgerichtet. Die Ausrichtung des Laserstrahles erfolgt me chanisch durch die Bewegung einer Trägerplattform oder optisch z.B. durch die gesteuer te Bewegung eines Ablenkspiegel.
Für schnell bewegte Zielobjekte läuft die Regelschleife während entsprechend kurzer Zeitabschnitte, d.h. mit einer angepasst hohen Taktrate, ab, wobei die Bildaufnahmefre quenzen bis in den kHz Bereich liegen können.
Hochenergielaser verwendende Laserwaffen besitzen eine hohe Präzision, so dass eine genaue Strahlausrichtung besonders wichtig ist. Insbesondere kann bei ausgedehnten Zielobjekten der Laserstrahl auf einen definierten Objektpunkt, der besonders verwundbar ist, ausgerichtet werden. Der Beleuchtungslaser besitzt üblicherweise einen größeren Strahlkegel als der Wirklaser und wird ebenfalls in Richtung des Zielobjektes ausgerichtet.
Ist der Laserstrahl des Wirklasers exakt auf das Zielobjekt ausgerichtet und wirkt auf die ses, kommt es oftmals zu einer starken Flammen- und / oder Rauchentwicklung des Ziel objektes. Ebenso erwärmt sich das Material des Zielobjektes durch die Laserbestrahlung, so dass das Zielobjekt thermische Strahlung aussendet oder optische Strahlung durch chemische Reaktionen erzeugt wird. Durch diese Effekte tritt eine starke Störung des Kamerabildes auf, da das Zielobjekt mindestens teilweise durch Flammen und Rauch verdeckt wird und im Auswertebereich des Bildes sehr helle Bereiche entstehen (Flamme, Eigenleuchten), die die Auswertung verfälschen. Eine weitere präzise Ausrichtung des Laserstrahles des Wirklasers auf das Zielobjekt ist dann nicht mehr möglich (Trackver lust).
Aus der DE 32 30 068 C2 ist ein Verfahren zur genauen Positionierung des Laserstrahles eines Wirklasers bekannt. Dabei wird die jeweilige Winkellage der vom Zielobjekt reflek tierten Laserstrahlung als auch die Winkellage der thermischen Strahlung, welche die vom Laserstrahl getroffene und erwärmte Stelle des Zielobjektes aussendet, gemessen und durch einen Vergleich dieser beiden Winkellagen ein Ablagesignal gewonnen, welches dann den Wirklaser nachsteuert und damit dessen Laserstrahl auf die erwärmte Stelle des Zielobjektes gerichtet hält.
Mit diesem Verfahren ist allerdings eine nachträgliche genaue Positionierung des Wirkla sers auf einen neuen Zielpunkt des Zielobjektes -etwa weil der zunächst bestrahlte Ziel punkt falsch gewählt wurde- nur schwer realisierbar, weil das Zielobjekt durch die Flam men und den Rauch des bereits erwärmten Zielobjektbereiches mindestens teilweise op tisch verdeckt wird oder auch thermische Strahlung von anderen Stellen als dem Ziel punkt ausgesendet wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben mit dem der Einfluss von Störungen reduziert bzw. unterdrückt wird, so dass eine präzise Ausrichtung des La serstrahles des Wirklasers auf dem Zielobjekt auch dann möglich ist, wenn auf dem Ziel objekt eine durch den Laserstrahl ausgelöste Flammen- und / oder Rauchentwicklung oder ein Eigenleuchten auftritt. Ferner soll eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfah- res angegeben werden.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 4 gelöst. Weitere, beson ders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche. Die Erfindung beruht im Wesentlichen auf dem Gedanken, den Einfluss der Störungen durch Flammen, Rauchentwicklung und/oder Eigenleuchten auf eine genaue Positionie rung des Laserstrahles des Wirklasers durch eine spezielle Bildaufnahmetechnik zu un terdrücken oder deutlich zu reduzieren. Dazu wird aus zwei Kameraaufnahmen des Ziel objektes ein Differenzbild ermittelt, in dem die Störungen nicht auftreten. Dieses Bild wird dann zur Lagebestimmung des Objektes benutzt und wird zur Nachführung des Laser strahles herangezogen.
Zur Differenzbildermittlung werden zeitlich synchron und mit gleicher Belichtungszeit zwei Bilder des Zielobjektes in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen mit jeweils einer se paraten Kamera aufgenommen und gespeichert, wobei der erste Wellenlängenbereich derart gewählt wird, dass die Strahlung des Beleuchtungslasers messbar ist. Das ent sprechende Kamerabild gibt dann das von der Störung überlagerte Zielobjekt wieder. Der zweite Wellenlängenbereich ist gegenüber dem ersten Wellenlängenbereich etwas ver schoben, derart, dass zwar nicht die Strahlung des Beleuchtungslasers selbst, aber die durch die Bestrahlung mit dem Hochenergielaser verursachte Strahlung durch Flammen bildung und/oder Eigenleuchten des Oberflächenmaterials des Zielobjektes (Störung) ge messen wird. Dieses Kamerabild enthält also nur die Störung. Wird nun das zweite Kame rabild von dem ersten Kamerabild elektronisch subtrahiert, entsteht ein Differenzbild mit einem von der Störung befreiten Zielobjekt.
Das Differenzbild wird dann hinsichtlich der Position des Zielobjektes ausgewertet und die Richtung des Laserstrahles geregelt. Anschließend startet die Bildaufnahme in der vor stehend beschriebenen Weise erneut.
Vorgeschlagen werden somit ein Verfahren und eine Vorrichtung zur optischen Zielverfol gung von mit einem Hochenergielaser bestrahlbarem Zielobjekt wobei das Zielobjekt mit einem Beleuchtungslaser beleuchtet wird. Um eine präzise Ausrichtung des Laserstrahles des Hochenergielasers auf dem Zielobjekt auch dann zu ermöglichen, wenn auf dem Zielobjekt eine durch den Laserstrahl ausgelöste Flammen- und / oder Rauchentwicklung oder ein Eigenleuchten (Störung) auftritt, schlägt die Erfindung eine Differenzbildermitt lung vor. Hierzu werden zeitlich synchron und mit gleicher Belichtungszeit zwei Kamerabi lder des Zielobjektes in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen mit jeweils einer sepa raten Kamera aufgenommen und gespeichert. Der erste Wellenlängenbereich wird derart gewählt, dass die Strahlung des Beleuchtungslasers messbar ist. Der zweite Wellenlän- genbereich ist gegenüber dem ersten Wellenlängenbereich etwas verschoben, derart, dass zwar nicht die Strahlung des Beleuchtungslasers selbst aber eine durch die Bestrah lung mit dem Hochenergielaser verursachte Störung gemessen wird. Wird nun das zweite Kamerabild von dem ersten Kamerabild elektronisch subtrahiert, entsteht ein Differenzbild mit einem von der Störung befreiten Zielobjekt. Der Vorteil liegt u.a. darin, dass auch Stö rungen, die durch andere Lichtquellen verursacht werden, wie etwa Sonnenstrahlung und Reflexe der Sonnenstrahlung, unterdrückt werden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den folgenden, anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
Fig.1 die schematische Darstellung einer Vorrichtung (Laseranordnung) zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Wirklaser, Strahlführungssystem, Beleuchtungs laser, Kameras und Rechner;
Fig.2 das mit einer ersten Kamera aufgenommene Bild eines Zielobjektes, bei dem der Wellenlängenbereich derart gewählt ist, dass das Licht des Beleuchtungslasers messbar ist;
Fig.3 das zeitlich gleichzeitig mit einer zweiten Kamera aufgenommene Bild, bei dem der Wellenlängenbereich derart gewählt ist, dass nur die Störung sichtbar ist;
Fig.4 das aus der Differenz der Kamerabilder gern. Fig.2 und 3 sich ergebende Kamera bild des Zielobjektes.
In Fig.1 ist mit 1 eine Laseranordnung bezeichnet, die einen Hochenergielaser 2 (Waffen oder Wirklaser), wenigstens ein dem Wirklaser 2 nachgeschaltetes Strahlführungssystem 3 zur Fokussierung des Laserstrahls 4 des Wirklasers 2 auf ein sich bewegendes Zielob jekt 5, einen Beleuchtungslaser 6 und einen elektronischen Rechner 7 umfasst. Die La seranordnung kann auf einer nicht näher dargestellten Trägerplattform angeordnet sein.
Das Strahlführungssystem 3, auch Strahlungsführungsmodul genannt, kann als optische Elemente neben Linsen auch Spiegel umfassen. Der Wirklaser 2 ist über ein Glasfaserkabel 8 mit dem Strahlführungssystem 3 verbunden. Letzteres besteht im Wesentlichen aus einer Kollimationslinse 9, einem ersten Umlenk spiegel 10 und einem schwenkbaren zweiten Umlenkspiegel 1 1 sowie zwei Teleskoplin sen 12 und 13.
Außerdem sind dem Strahlführungssystem 3 zwei Kameras 14, 15 zugeordnet, wobei eine Bildaufnahme des Zielobjektes 5 bei beiden Kameras 14, 15 unter Benutzung des gleichen Strahlweges (gleiche optische Achse) erfolgt. Hierzu sind der erste Umlenkspie gel 10 sowie ein weiterer Umlenkspiegel 16 als dichroitische Strahlenteiler ausgebildet, die also eine wellenlängenabhängige Reflexion bzw. Transmission besitzen.
Das Zielobjekt 5 wird ständig mit Hilfe des Beleuchtungslasers 6 beleuchtet, wobei dieser dem sich bewegenden Zielobjekt 5 ebenfalls nachführbar ist und hierzu beispielsweise mit einem entsprechenden Antrieb 17 verbunden ist.
Sowohl der Wirklaser 2 und der Beleuchtungslaser 6 als auch die Kameras 14, 15, ein Antrieb 18 für den schwenkbaren Spiegel 1 1 und der Antrieb 17 für den Beleuchtungsla ser 6 sind über entsprechende elektrische Leitungen mit dem Rechner 7 verbunden. Für die grobe Verfolgung des Zielobjekts 5 wird zudem die Trägerplattform dem Zielobjekt 5 nachgeführt.
Zur wellenlängenabhängigen Aufnahme der beiden Bilder des Zielobjektes 5 mit den bei den Kameras 14 und 15 sind diesen entsprechend schmalbandige optische Filter 20, 21 mit unterschiedlichen Transmissionseigenschaften vorgeschaltet.
Vor der ersten Kamera 14 befindet sich ein schmalbandiges Filter 20, das die Wellenlän ge des Beleuchtungslasers 6 gut transmittiert. Das entsprechende Kamerabild enthält das durch den Beleuchtungslaser 6 erzeugte Bild überlagert mit den Störungen (Flamme, Ei genleuchten), die im Spektralbereich des optischen Filters 20 liegen.
Vor der zweiten Kamera 15 befindet sich ein optisches Filter 21 , welches den Beleuch tungslaser nicht transmittiert, aber das Licht der Störungen in einem leicht versetzten Spektralbereich bei gleicher spektraler Breite wie das Filter 20 hat. Die Zentralwellenlänge des optischen Filters 20 der ersten Kamera 14 entspricht der Wel lenlänge des Beleuchtungslasers 6. Die Zentralwellenlänge des optischen Filters 21 vor der zweiten Kamera kann größer oder kleiner sein als die Zentralwellenlänge des opti schen Filters 20 der ersten Kamera 14. Der Wellenlängenabstand ist frei wählbar. Die Wellenlänge des Beleuchtungslasers 6 kann im sichtbaren oder nahen Infrarotbereich liegen. Daran angepasst sind Filter und Kameras.
Der dichroitische Spiegel 16 wird so ausgeführt, dass der Spiegel 16 die erste Wellenlän ge reflektiert (für die Kamera 14) und die zweite Wellenlänge transmittiert (für die Kamera 15).
Nachfolgend wird mit Hilfe der Fig. 2 bis 4 auf die Funktionsweise der Laseranordnung 1 eingegangen. Dabei wird angenommen, dass sich das Zielobjekt 5 in Richtung des mit 100 bezeichneten Richtungspfeiles bewegt.
Wird von dem Beleuchtungslaser 6 das Zielobjekt 5 erfasst, so wertet der Rechner 7 die entsprechenden Signale der beiden Kameras 14, 15 aus. Dabei liefert die Kamera 14 das in Fig.2 dargestellte Kamerabild 22 eines von der Störung 23 teilweise verdeckten Zielob jektes 5. Hingegen liefert die Kamera 15 das in Fig.3 wiedergegebene Kamerabild 24 der Störung 23 ohne Zielobjekt 5.
Werden nun die Daten des Kamerabildes 24 von den Daten des ersten Kamerabildes 22 mit Hilfe des Rechners 7 elektronisch subtrahiert, so ergibt sich ein Differenzbild 25 mit einem von der Störung 20 befreiten Zielobjekt 5 (Fig.4).
Anhand des Differenzbildes 25 kann der Laserstrahl 4 nun präzise auf den Zielpunkt 19 ausgerichtet werden.
Anschließend startet die Bildaufnahme in der vorstehend beschriebenen Weise erneut.
Vorzugsweise werden für die Erzeugung der Kamerabilder die gleichen Abbildungslinsen verwendet, so dass die Bildgrößen gleich sind und die Differenzbildung direkt ein eindeu tiges Bild liefert. Ebenso ist es vorteilhaft Kameras gleichen Typs, d.h. mit gleicher Sen sorgröße, mit gleicher Empfindlichkeit usw. einzusetzen. Zur Steigerung der Qualität des Differenzbildes 25 können Mittel der Bildverarbeitung eingesetzt werden, um z.B. Unter- schieder in der Bildgröße oder Signalstärker auszugleichen. Derartige Bildverarbeitungen sind hinlänglich bekannt.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel betrug die Beleuchtungslaserwellenlänge 980nm. Das optische Filter 20 wurde daher derart gewählt, dass die Zentralwellenlänge ebenfalls 980nm und die spektrale Transmissionsbreite 10nm betragen. Das optische Filter 21 besaß hingegen eine Zentralwellenlänge von 970nm und eine spektrale Trans missionsbreite von ebenfalls 10nm. Der dichroitische Strahlenteiler 16 besitzt in diesem Fall seine spektrale Kante bei 975nm.
Die Optiken für die Bilderzeugung auf den Kameras 14, 15 können unabhängig vom Strahlenführungssystem 3 und eigenständige Optiken sein.
BEZUGSZEICHENLISTE
Vorrichtung, Laseranordnung
Hochenergielaser, Wirklaser
Strahlführungssystem
Laserstrahl
Zielobjekt
Beleuchtungslaser
Rechner
Glasfaserkabel
Kollimationslinse erste Umlenkspiegel zweite Umlenkspiegel,13 Teleskoplinsen
erste Kamera
zweite Kamera
Umlenkspiegel
Antrieb
Antrieb
Zielpunkt
, 21 optische Filter
Kamerabild
Störung
Kamerabild
Differenzbild 0 Richtungspfeil

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Verfahren zur optischen Zielverfolgung von mit einem Hochenergielaser (2) bestrahl barem Zielobjekt (5), wobei das Zielobjekt (5) mit einem Beleuchtungslaser (6) be leuchtet wird, dadurch gekennzeichnet,
dass zeitlich synchron und mit gleicher Belichtungszeit zwei Kamerabilder (22, 24) des Zielobjektes (5) in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen mit jeweils einer se paraten Kamera (14, 15) aufgenommen und gespeichert werden, wobei der erste Wel lenlängenbereich derart gewählt wird, dass die Strahlung des Beleuchtungslasers (6) gemessen wird, und dass der zweite Wellenlängenbereich gegenüber dem ersten Wellenlängenbereich etwas verschoben gewählt wird, derart, dass zwar nicht die Strahlung des Beleuchtungslasers (6) selbst, aber die durch die Bestrahlung mit dem Hochenergielaser (2) verursachte Störung (23) gemessen wird;
dass anschließend die beiden gespeicherten Kamerabilder (22, 24) mittels eines Rechners (7) elektronisch subtrahiert werden, so dass sich ein Differenzbild (25) ergibt, welches Störungen (23), die sich durch die Bestrahlung des Zielobjektes (5) mit dem Laserstrahl (4) ergeben, nicht oder kaum wahrnehmbar enthält, und
dass die Daten des Differenzbildes (25) hinsichtlich der jeweiligen Zielposition ausge wertet und zur Bestimmung der Richtung des Laserstrahles (4) des Hochenergielasers (2) herangezogen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zentralwellenlänge eines optischen Filters (20) einer ersten Kamera (14) der Wellenlänge des Beleuch tungslasers (6) entspricht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentralwel lenlänge eines optischen Filters (21 ) vor einer zweiten Kamera (15) größer oder klei ner sein kann als die Zentralwellenlänge eines optischen Filters (20) einer ersten Ka mera (14).
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beleuchtung des Zielobjektes (5) Licht der Wellenlänge 980nm verwendet wird, dass der mit der ersten Kamera (14) empfangene Wellenlängenbereich eine Zentralwellen länge von 980nm und eine spektrale Transmissionsbreite von 10nm aufweist und dass der mit der zweiten Kamera (15) empfangene zweite Wellenlängenbereich eine Zent ralwellenlänge von 970nm und eine spektrale Transmissionsbreite von ebenfalls 10nm aufweist.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens ein Teil der Mittel (10-13) des zur Strahlführung des Laserstrahles (4) des Hochenergielasers (2) benötigten Strahlführungssystemes (3) derart angeord net sind, dass sie ebenfalls als Abbildungsoptiken für die beiden Kameras (14, 15) dienen, so dass von den beiden Kameras (14, 15) Lichtstrahlen empfangen werden, welche den gleichen Strahlenweg zwischen dem Strahlführungssystem (3) und dem Zielobjekt (5) durchlaufen, wie der Laserstrahl (4) des Hochenergielasers (2) und dass zur wellenlängenabhängigen Aufnahme der beiden Kamerabilder (22, 24) den beiden Kameras (14, 15) entsprechende schmalbandige optische Filter (20, 21 ) vor geschaltet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Filter (20, 21 ) jeweils eine spektrale Transmissionsbreite von < 10nm aufweisen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel der Bild verarbeitung eigesetzt werden können, um die Qualität des Differenzbildes (25) zu er höhen.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlführungssystem (3) als optische Elemente neben Linsen auch Spiegel einge setzt werden können.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Optiken für die Kameras (14, 15) unabhängig vom Strahlenführungssystem (3) sein können.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Optiken der Kameras (14,1 15) eigenständige Optiken sein können.
1 1. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Unterdrückung von Störungen, die durch andere Lichtquellen hervorgerufen werden.
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