DE2441640B2 - Anordnung zur automatischen zielverfolgung durch videokontrastanalyse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine aus der DT-PS 21 55 034 bekannte Anordnung gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.

Bei einer solchen Anordnung wird ein das zu verfolgende Ziel enthaltendes Beobachtungsfeld auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre sichtbar gemacht. Der Verfolgung geht ein Suchvorgang des Zieles voraus, derart, daß das letztere in das Innere des beobachteten Feldes gebracht wird; hieran schließt sich ein Fangvorgar.g an. Dieser letztere kann zunächst

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durch den Bedienenden nach visuellem Erkennen des Zieles auf dem Bildschirm gesteuert «erden, indem der Zielort mittels einer Markiereinrichtung nach Art des auf dem Bildschirm sichtbar gemachten elektronischen Fensters grob bezeichnet wird. Ein etwa der von dem Ziel bedeckten Fläche entsprechender, begrenzter Teil des Beobachtungsfeldes kann auf diese Weise betrachtet und mittels des Fensters isoliert werden. Nach Positionierung des Fensters auf das Ziel ist der Fangvorgang abgeschlossen und der Vorgang der Verfolgung kann nun durch Analyse des Videokontrastes zwischen dem Ziel und seiner unmittelbaren Umgebung einsetzen. Das Fenster wird nun dem Ziel nachgeführt und folgt seinen Bewegungen in dem beobachteten Feld. Die Positionierungsdaten des Fensters können zur Messung der Ablage des Zieles in bezug auf die Mittelachse oder Richtachse des Feldes verwendet werden. Das Meßergebnis kann zur Steuerung eines automatischen Richtvorganges auf das Ziel verwendet werden, indem man die Koinzidenz zwischen der Richtachse und der Zielachse aufrecht erhält

Die Leistungsfähigkeit solcher Verfolgungsanordnungen hängt wesentlich von der Art der schaltungstechnischen Verwirklichung der Videokontrastanalyse ab, die sich jedoch der eingangs genannten DT-PS 21 55 034 nicht entnehmen läßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Anordnung so weiterzubilden, daß die Zielverfolgung auch bei erheblichen Schwankungen der Helligkeit des Zieles und/oder des Zielhintergrundes sichergestellt bleibt.

Die Lösung dieser Aufgabe bildet das Kennzeichen des Patentanspruches 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

In der Zeichnung ist die Anordnung nach der Erfindung anhand von Blockschaltbildern, Schaltbildern und Diagrammen einer beispielsweise gewählten Ausführungsform schematisch veranschaulicht Es zeigt:

F i g. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer automatischen Verfolgungsanordnung nach der Erfindung,

F i g. 2 eine schematische Darstellung des Bildschirmes und eine vertikale Ablenkkurve,

F i g. 3 und 4 ein Ausführungsbei;piel für die Fenstergeneratorschaltung und ein sich hierauf beziehendes Signaldiagramm,

F i g. 5 und 6 ein Ausführungsbeispie! der Fangschaltung und ein sich hierauf beziehendes Signaldiagramm,

F i g. 7 bis 9 ein Ausführungsbeispiel der Videoverfolgungsschaltung und sich hierauf beziehende Signaldiagramme.

Die automatische Fernseh-Verfolgungsanordnung gemäß dem vereinfachten Blockschaltbild in F i g. 1 umfaßt die folgenden, zusammenwirkenden Elemente.

Eine Fernsehkamera 1 üblicher Bauart umfaßt die Kameraröhre und die zugeordneten Versorgungs- und Ablenkschaltungen; das optische Objektiv 2 gestattet die Scharfeinstellung des beobachteten Feldes, die optische Achse AV entspricht der Visierachse oder Richtachse der Kamera. Das gelieferte Signal ist ein zusammengesetztes Signal und umfaßt sowohl das Videofrequenzsignal V ab auch die Impulse für die horizontale Synchronisierung SH und die vertikale Synchronisierung SV der zeilenweisen Abtastung. Die als »horizontal« bezeichnete Zeilenablenkung bestimmt die Richtung einer ersten Bezugsmeßachse, die im Folgenden als Achse X bezeichnet wird. Die Bildablenkung oder Vertikalablenkung bestimmt die Richtung der zweiten Meßachse Y, die orthogonal zu der Vorhergehenden verläuft

Ein Fernsehempfänger 3 oder Monitor ebenfalls üblicher Art wird mit dem zusammengesetzten Signal versorgt, um auf seinem Bildschirm 4 das durch die Kamera 1,2 beobachtete Feld sichtbar zu machen. Der Mittelpunkt des Bildes entspricht der Spur der Achse AV. Fig.2 zeigt den Bildschirm und die durch den Mittelpunkt A des Bildschirmes gelegten Achsen X und Y.

Darüber hinaus sind Schaltungen 5, 6 und 7 vorgesehen, die ein rechteckiges, elektronisches Fenster F(F i g. 2) erzeugen. Die SynchronisierschalUmg 5 erhali das zusammengesetzte Signal und trennt hieraus die Synchronimpulse SH, SV ab. Sie erzeugt außerdem aus diesen Impulsen verschiedene Synchronisier- und Steuersignale, die für das Arbeiten der verschiedenen, die Anordnung bildenden Schaltungen erforderlich sind. Die Schaltung 6 eizeugt aus den Synchronisiersignalen ein Helltastsignal, das in der Schaltung 7 dem zusammengesetzten Signal beigemischt wird, um das Fenster F sowie das Beobachtungsfeld auf dem Bildschirm des Monitors sichtbar zu machen.

Weiterhin sind Far.gschaltungen vorgesehen, die eine Photodetektorvorrichtung 8, die auch als photoempfindliche Pistole oder als elektronischer Schreibstift bezeichnet wird, sowie die Schaltung 9 umfaßt. Der Schreibstift enthält ein photoempfindliches Element wie z. B. eine Photodiode und einen handbetätigten Schalter. Sobald das freie Ende des Schreibstiftes 8 von dem Bedienenden auf einen gewählten Bereich des Bildschirmes 4 aufgesetzt wird, wird die Diode durch den Lichtstrom sensibilisiert, der sich aus der Kathodenstrahlabtastung des begrenzten, praktisch punktförmigen Bereiches, auf den der Schreibstift gerichtet ist, ergibt. Durch Betätigung des Schalters löst der Bedienende die Übertragung des von der Diode festgestellten Signals SD an die Schaltung 9 aus. Das Signal SD enthält die Information über die Lage des mit dem Schreibstift auf dem Bildschirm bezeichneten Bereiches, wobei dieser Bereich durch das zu verfolgende Ziel gebildet wird, nachdem vorher Suchvorgänge durchgeführt wurden, die zur Ortung des Zieles in dem beobachteten Feld geführt haben und das Ziel auf dem Bildschirm des Empfängers visuell wiedererkannt wurde. Für die weitere Beschreibung wird nun angenommen, daß der Suchvorgang beendet ist, daß sich das Ziel in dem beobachteten Feld befindet und durch seine Form und durch seinen Kontrast auf dem Beobachtungs-Bildschirm identifizierbar ist. Die Hilfseinrichtungen, die zur Durchführung des Suchvorganges mittels Ausrichtung der Kamera verwendet werden, werden als nach bekanntem Stand der Technik ausgelegt betrachtet. Die Fangschaltung 9 ist doppelt vorhanden und umfaßt für jede Achse eine Speicherschaltung, die das sägezahnförmige Signal für die horizontale Ablenkung SI X (Fig.3) oder für die Vertikalablenkung SI Y (Fig. 2) entsprechend der Letrachteten Achse und das detektierte Signal SDerhält und ein Signal S 2 für jede Achse erzeugt, das dem Pegel des Sägezahns im Augenblick der Anlegung des delektierten Signals entspricht. Die entsprechenden Pegel S2 A'und S2 ^bezeichnen die Ausgangslage des Fensters für den Fangvorgang. Diese Ausgangspositionierung wird durch die Baugruppe S vorgenommen; nach einer bestimmten Anzahl von Vertikalablenkungen wird das detektierte Signal SD durch das Signal für die Fenstermitte S3. nämlich .93 X und ςτ ν

entsprechend den jeweiligen Achsen, ersetzt. Der Fangvorgang umfaßt somit in einem ersten Abschnitt eine anfängliche rasche Klemmung des Fensters auf den durch den Schreibstift bezeichneten Bereich ausgehend von dem Signal SD, sowie in einem zweiten Zeitabschnitt die Einregelung der Lage der Mitte des Fensters auf diesen Bereich mit Hilfe des Signals S3. Unter der Annahme einer korrekten Bezeichnung des Zieles durch den Bedienenden hat der mit dem Schreibstift bezeichnete Bereich geringe Abmessungen, so daß er sich nach dem Fangvorgang etwa in der Mitte des Fensters befindet, so daß die Verfolgungsschleife leicht einrasten kann.

Schaltungen 10 zur automatischen Verfolgung führen eine Analyse des Kontrastes des Videosignals in dem Fenster durch und erzeugen ein Signal S 4 für den Fehler der Positionierung oder Lage der Mitte des Fensters in bezug auf das energetische Zentrum oder Baryzentrum des praktisch aus dem Zielsignal bestehenden, selektierten Signals. Ebenso wie die Fangschaltungen 9 sind die Verfolgungsschaltungen 10 doppelt vorhanden und umfassen die jeweiligen Kanäle X und Y. Das Fehlersignal S 4 wird periodisch gemessen, beispielsweise mit einer Periode gleich derjenigen der Bildablenkung oder einem Vielfachen davon und einer Summierschaltung 14 des Schaltungsblockes 6 zugeführt, wo es nach Betrag und Vorzeichen dem Ablenksägezahn Sl hinzugefügt wird, um eine Nachführung der Lage des Fensters auf diejenige des Zieles zu ermöglichen. Das verwendete besondere Verfahren der Videoanalyse umfaßt die folgenden aufeinanderfolgenden Stufen: Messung eines Bezugsvideopegels entsprechend dem mittleren Videopegel der unmittelbaren Umgebung des Zieles, Angleichung des Videosignals auf diesen Bezugspegel, Doppelweggieichrichtung des somit geklemmten Videosignals, Ausblendung oder Selektion des gleichgerichteten, in dem Fenster enthaltenen Videosignals, Messung der Ablage der Mitte des Fensters von dem Baryzentrum längs jeder Achse durch Vornahme der entsprechenden Messungen der Energie in den beiden aufeinanderfolgenden Halbfenstern einer betrachteten Achse und Vergleich der Meßergebnisse. Das Verfahren wird im Zusammenhang mit den F i g. 7 bis 9 noch genauer beschrieben werden.

Steuerschaltungen 11 gestatten die Einstellung der Abmessungen des Fensters auf diejenigen des Zieles. Die Betriebsart »Videoverfolgung« erfordert, daß die Abmessungen des Fensters hinreichend genau an diejenigen des Zieles angepaßt bleiben, derart, daß dieses in seiner Gesamtheit sehr eng umschlossen bleibt Dies ergibt sich aus dem Videokontrast, der zwischen dem Ziel und seiner unmittelbaren Umgebung, bestehend aus dem Hintergrund des Feldes, vorhanden ist; dieser Kontrast wird für die Videoanalyse sowie für die Identifikation durch visuelle Erkennung durch den Bedienenden verwendet Die Ausführung der Schaltungen 11 ist abhängig von dem ins Auge gefaßten AnwendungsfalL

Im Faüe eines sich langsam bewegenden Zieles kann die Steuerung ganz einfach von Hand erfolgen und eine progressive oder diskontinuierliche Änderung bewirken oder es kann eine halbautomatische Steuerung Anwendung finden. Im Falle eines Zieles mit raschen Bewegungen kann eine aufwendigere automatische Steuerung erforderlich sein.

Nachgeordnete Auswertungsschaltungen 12 umfassen im allgemeinen Schaltungen zur Messung der Ablage, d.h. des zwischen der Achse AV und der Zielrichtung eingeschlossenen Winkels. Der Ablagewinkel ist durch die Koordinaten des Zentrums des Zieles in bezug auf das Zentrum des Bildes bestimmt. Die Synchronisiersignale SH und SV gestatten die Bestimmung des Mittelpunktes Odes Bildes, der als Ursprung betrachtet wird und die Signale S3 X und S3 Y der Mitte des Fensters entsprechen etwa dem Zentrum des Zieles. Die Ablagemessung ergibt die Winkelabweichung XF, YF(F i g. 2). Die Information über die Ablage kann insbesondere zur automatischen Nachführung der Stellung der Kamera in der X-Achse und der Y-Achse verwendet werden, so daß das Ziel in der Mitte des Feldes bleibt Die Schaltungen 12 sind in bekannter Weise und in Abhängigkeit vom Anwendungsfali aufgebaut

Die im Schaltungsblock 6 enthaltenen Fenstergeneratorschaltungen umfassen für jede Achse die Hintereinanderschaltung aus einer Schaltung 13 zur Erzeugung der sägezahnförmigen Ablenkung Sl X (S 1 Y) ausgehend von dem entsprechenden Synchronisiersignal SH (SV), eine Summierschaltung 14, in der das Sägezahnsignal mit den Spannungen entsprechend den Positionierungssignalen S2 und dem Positionierungsfehlersignal S4 addiert wird und eine Schaltung 15, die die Fenstersignale FX und FY (F i g. 3) liefert. Die Schaltung 15 erzeugt außerdem die Impulse für die Halbfenster Fl X und F2 X längs der Achse X, Fi Y und F2 Ylängs der Achse Y(F i g. 3). Die Helltastsignale SF werden in der Schaltung 16 aus den Fenstersignalen FX und FKerzeugt.

Ein Ausführungsbeispiel einer automatischen Videoverfolgungsanordnung wird nunmehr in Verbindung mit den F i g. 3 bis 9 näher beschrieben.

Fig.4 bezieht sich auf ein Ausführungsbeispiei der Fenstergeneratorschaltungen 6 (F i g. 1).

Die Schaltungen 13, 14 und 15 der Fig. 1 umfassen einen Kanal X und Kanal Y, die jeweils die entsprechende Synchronisierung SW und SV von der Schaltung 5 erhalten. In F i g. 4 ist lediglich der Kanal V aus Gründen der Vereinfachung im einzelnen wiedergegeben; sich hierauf beziehende Signalformen sind in F i g. 3 dargestellt Der Kanal X ist in analoger Weise aufgebaut Die am Ausgang der Summierschaltung zurückgewonnene Vertikal-Sägezahnspannung Sl > wird zusammen mit den Pegeln S2 Yund S4 Y(soferr letztere vorhanden sind) drei Schwellwertvergleichern die als Kippschalter 20, 21 und 22 ausgeführt sind zugeführt Die Pegel der Schwellwerte ViY,V2Y,V2 Ywerden von der Schaltung 11 (Fig. 1) geliefert Ein« einfache logische Schaltungsanordnung, bestehend au! einem EXKLUSIV-ODER-Glied 23 und drei UND Gliedern 24,25 und 26 bildet daraus das Fenstersigna FTund die beiden Halbfenster Fl Yund F2 riäng! der Achse Y. Die Schaltung 16 kann aus einei Torschaltung 27 bestehen, die durch ein Signal Fl gesteuert wird und der über einen zweiten Eingang das Signal FXdes Kanals X zugeführt wird. Das Signal F* wird sonnt dem Eingang der logischen Schaltung 28 nui wahrend der Dauer TFY des Anliegens des Signals Fl zugeführt Die Schaltung 28 erzeugt die Helltastsignal· SF entsprechend einem rechteckigen elektronischei Fenster F(Fig.2} Die Oberlagerung des Sägezahn«

51 ymit einem Gleichspannungs-Positionierungssigna

52 Y gestattet, den Sägezahn in bezug auf di< SchweDwerte zu verschieben und demzufolge da! Fenster in dem Ablenkbereich zu verschieben. Durcl Hmzufügung des Positionierungsfehlers S 4 Y zu dei

vorhergehenden Position des Fensters in bezug auf den Nullpunkt oder Ursprung der Ablenkung längs der betrachteten Achse erhält man eine Nachführung des Fensters auf das Ziel.

F i g. 5 bezieht sich auf die Fangschaltungen 8 und 9 (Fig. 1). Der photoempfindliche Stift 8 versorgt einen Kanal 9 Kwie dargestellt und außerdem einen analogen Kanal X, der aus Gründen der Vereinfachung nicht dargestellt ist. Das von dem photoempfindlichen Element 31 festgestellte Signal SD wird einer logischen Schaltung 32 zugeführt, wo es in einen Impuls 55 für die Ausgangslage der Mitte des Fensters umgesetzt wird. Dieser Impuls 55 wird nur während einer entsprechend dem Schließen des Schalters 33 durch den Bedienenden begrenzten Zeitdauer zugeführt, wobei diese Zeitdauer mindestens eine Vertikalablenkung umfaßt, um zumindest einmal die Positionierungsinformation übertragen zu können. Die Schaltung 32 erzeugt darüber hinaus ein Signal 56, das eine Torschaltung 34 steuert und den Durchgang eines in der Schaltung erzeugten Signals für die Mitte des Fensters während der vorerwähnten Zeitdauer sperrt. Das ODER-Glied 35 liefert somit zunächst das Signal 55 für die Voreinstellung des Fensters; anschließend wird ausgehend von dem in der Schaltung erzeugten Signal für die Fenstermitte die Regelung oder Nachführung durchgeführt. Dieses in der Schaltung erzeugte Signal für die Fenstermitte kann durch die Rückflanke des in F i g. 6 dargestellten, invertierten Signals Fl yfür das Halbfenster erzeugt werden. Das Ausgangssignal des ODER-Gliedes 35 steuert eine Speicherschaltung 36, die das Sägezahnsignal 51 Y erhält. Der Pegel des Signals 51 Y im Augenblick des Anlegens des durch die Schaltung 35 übertragenen Signals wird in einem Pufferspeicher 37 gespeichert, dessen Ausgang mit der Summierschaltung 14 Y verbunden ist. Synchronisiersignale 57 und 58 steuern den Pufferspeicher 37 bzw. die Integrierschaltung 13 Y mit der Folge der Vertikalablenkung; diese Synchronisiersignale können über die Synchronisierschaltung 4 (Fig. 1) gewonnen werden. Das Signal S 7 steuert die Übertragung des Pegels der Lage der Mitte des Fensters Y an die Summierschaltung 14 Y-anschließend bewirkt das Signal 58 die periodische Rückstellung des Integrators auf Null am Ende jedes Zyklus.

Das spezielle Videokontrastanalyseverfahren, das in der Verfolgungsanordnung verwendet wird, wird durch F i g. 7 veranschaulicht. Das von der Kamera gelieferte, zusammengesetzte Signal besitzt die bei 511 über eine betrachtete Zeilenablenkung veranschaulichte Form. Um den mittleren Pegel des Videosignals außerhalb des Zieles und nahe demselben, folglich also den mittleren Pegel des sich auf den das Ziel umgebenden Hintergrund beziehenden Videosignals zu ermitteln, werden Abschnitte dieses letzteren Signals entnommen bzw. ausgeblendet Diese Entnahme findet in jeder Zeile statt und die Messung des Mittelwertes wird ebenfalls Zeile für Zeile durchgeführt Zur Entnahme der Abschnitte wird in der Anordnung ein Selektionssignal erzeugt, und zwar entweder durch die Synchronisierschaltung 5 (Fig. 1) oder durch die Schaltungsanordnung 5 und 6 (Fig. 1). Das Selektionssignal umfaßt mindestens einen Abschnitt Bei dem dargestellten Beispiel umfaßt das Selektionssignal Sfzwei Abschnitte die zu beiden Seiten des horizontalen Fenstersignals FX in der Nähe des Beginns und des Endes des Fensters gewählt sind Diese Abschnitte liegen somit außerhalb ies Signals des betrachteten Zieles, das in seiner Gesamtheit von dem Fenster umschlossen wird. Die Zahl der Abschnitte kann größer als zwei sein. Das Signal SE kann beispielsweise mittels logischer Schaltungen in Kanal X erhalten werden, die komplementär zur Schaltung 15 sind und zwei zusätzliche Schwellwertvergleicher umfassen. Das Videosignal des Zieles ist ein positives oder negatives Videosignal oder auch ein abwechselnd positives und negatives Videosignal in bezug auf den mittleren Videopegel VM in seiner

ίο Umgebung. Das Signal 511 wird auf den gemessenen Bezugspegel geklemmt wie bei 512 dargestellt, sowie anschließend doppelweggleichgerichtet, um das Signal 513 zu erhalten. Auf diese Weise wird ein Ziel, das eine Aufeinanderfolge von hellen und dunklen Bereichen umfaßt, ohne Informationsverlust wiederhergestellt. Lediglich das in dem Fenster liegende Signal 514 wird berücksichtigt, da dieses Signal im wesentlichen das Signal des Zieles umfaßt. Es wird nun durch Integration die in dem ausgeblendeten Signal 514 enthaltene Energie gemessen, wobei zwei Messungen längs jeder Achse durchgeführt werden, von denen die eine sich auf die in dem auf die erste Fensterhälfte längs der betrachteten Achse begrenzten Signal enthaltene Energie bezieht, während die zweite sich auf die Energie bezieht, die in dem auf die zweite Fensterhälfte längs dieser Achse begrenzten Signal enthalten ist. Somit wird für den Kanal A"das Signal 514 durch die Halbfenstersignale Fl X und F2 X in die Signale 515 und 516 unterteilt und die Messungen entsprechen jeweils den in den jeweiligen Signalen 515 und 516 enthaltenen Energien; diese Messungen werden einzeln für die verschiedenen, aufeinanderfolgenden, in dem Fenster F enthaltenen Zeilen addiert. Im Kanal Y wird die durch das Signal 514 dargestellte Energie zunächst im Verlauf der verschiedenen in dem ersten Halbfenster Fl Y enthaltenen Zeilen gemessen, anschließend im Verlauf der in dem zweiten Halbfenster F2Y enthaltenen Zeilen. In jedem der Kanäle werden die zwei Messungen anschließend verglichen, woraus die Differenz erhalten wird, die die Information über die Ablage der Positionierung der Mitte des Fensters in bezug auf das energetische Zentrum des Signals 514, also ziemlich genau den Positionierungsfehler des Zentrums des Fensters in bezug auf das Baryzentrum des Zieles längs der betrachteten Achse darstellt Der Vergleich der Meßergebnisse wird periodisch während des vertikalen Rücklaufes durchgeführt, wobei die Periode gleich derjenigen der Vertikalablenkung oder einem Vielfachen derselben ist Die in Form einer Gleichspannung erhaltenen Differenzsignale bilden die Positionierungsfehlersignale SA Λ'und 54 Y, die den entsprechenden Summierschaltungen 14 A"und 14 Y zugeführt werden um die Mitte des Fensters dem energetischen Zentrum des Zieles nachzufuhren.

F i g. 8 zeigt einen Teil der Videoverfolgungsschaltungen 10 der Fi g. 1. Dieser Teil ist den beiden Kanälen X und Y gemeinsam und erzeugt das gleichgerichtete Videosignal nach Klemmung auf den Bezugspegel. Das von der Kamera gelieferte, zusammengesetzte Signal wird einer Filterschaltung 40 zugeführt, deren Durchlaßbandbreite an die Minimaldauer des in betracht gezogenen Zieles angepaßt ist Das gefilterte Signal wird bei 41 verstärkt und einem ersten Eingang einer Vergleicherschaltung 42 wie etwa einem Differenzver stärker zugeführt sowie dem zweiten Eingang dieser Schaltung über die Schaltungen 43 bis 45. Diese letzteren bestehen aus einer analogen Torschaltung 43, die durch das Ausblend- oder Selektionssignal SE

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gesteuert wird, aus einer Integrierschaltung 44 und einer Speicherschaltung 45. Die von dieser Torschaltung gelieferten Videoabschnitte werden in der Schaltung 44 integriert um den mittleren Pegel VA/ zu erhalten. Die Größe VM wird am Ende der Zeilenablenkung an die s Speicherschaltung 45 übertragen, deren sich auf die vorhergehende Zeile beziehender Inhalt in Form einer Gleichspannung an den Vergleicher 42 übertragen wird. Die Zähl der Zeilenablenkung wird hoch angenommen, um eine gute Bilderkennung zu erzielen, und es ergibt sich hieraus eine geringe Schwankung des Pegels VM von einer Zeile zur nächsten. Somit besitzt der analoge Vergleich in der Schaltung 42 mit einem um eine Zeile verschobenen mittleren Pegel praktisch keinen Nachteil. Die Integrierschaltung 44 und die Speicherschaltung 45 werden durch Signale 57 X und 58 Xgesteuert, die analog zu den Signalen 57 Yund 58 Yder Fig.6 sind, jedoch zeilenweise, also mit der Zeilenfrequenz, erzeugt werden. Die Schaltung 46, der das Ausgangssignal 5112 des Vergleichers zugeführt wird, ist eine Doppelweggleichrichterschaltung, die das gleichgerichtete Videosignal 513 liefert.

F i g. 9 zeigt den übrigen Teil der Videoverfolgungsschaltungen. Das Signal 513 wird einem Kanal .Y und einem Kanal Y zugeführt. Eine Betätigung von drei Torschaltungen gestattet für jeden Kanal die Ausblendung des Videosignals. Der Kanal X umfaßt eine das Signal 513 erhaltende Torschaltung, die durch das Signal FYgesteuert wird und parallel die durch FXX gesteuerte Torschaltung 50 X und die durch F2 X gesteuerte Torschaltung 5\X speist, so daß die das Signal 514 bildenden Signale 515 bzw. 516(Fi g. 7) in den beiden aufeinanderfolgenden Halbfenstern des Kanals Verhalten werden. Ebenso enthält der Kanal Y eine Torschaltung 47, die das Signal 513 erhält und durch das Signal FX gesteuert wird, wobei diese Schaltung das in dem Fenster enthaltene Videosignal 514 gleichzeitig an die beiden Torschaltungen 50 A"und 50 Y abgibt, die durch die entsprechenden Signale der Halbfenster in der Achse Y, nämlich durch Fl Kund F2 Y gesteuert werden. Jeder Kanal ist somit nochmal in zwei Unterkanäle unterteilt, die die Schaltungen zur Messung der Energie des ausgeblendeten Videosignals in dem entsprechenden Halbfenster umfassen. Diese Schaltungen enthalten für jeden Unterkanal eine Integrierschaltung 52 (53) in Serie mit einer Speicherschaltung 54 (55), welche Schaltungen periodisch durch Signale des Typs 58 Y und 57 y(Fig.6) mit einer Periode gesteuert werden, die gleich der Periode des Bildwechsels 7Toder einem Vielfachen davon ist Die beiden Speicherschaltungen 54 und 55 liefern an eine Vergleichsschaltung 57 des Differenzverstärkertyps eine Gleichspannung. Wenn mit Ei die durch die Meßschaltungen 52 bis 54 in dem ersten Halbfenster längs der betrachteten Achse (EtXm der X-Achse, £"1 yin der Y- Achse) gemessene Energie bezeichnet wird und mit El die durch die Meßschaltungen 53 bis 55 in dem zweiten Halbfenster gemessene Energie bezeichnet wird, ist der Ausgangspegel des Vergleichers proportional zu (Et-El) und kann der entsprechenden Sumrnierschaltung 14 zugeführt werdea

Die Steigung des Fehlersignals kann ganz erheblich schwanken in Abhängigkeit von Änderungen der Abmessungen des Zieles, des Fensters und der Beleuchtung der beobachteten Szene, folglich in °5 Abhängigkeit von Schwankungen der Gesamtenergie des in dem Fenster enthaltenen Signals 514. Eine automatische Verstärkungsregelschaltung gestattet diese Steigung praktisch konstant zu halten und den Betrieb zu stabilisieren. Diese Schaltung nimmt eine Division des Fehlersignals, das das Differenzsignal zwischen den von den beiden Halbfenstern einer Achse abgegebenen Signalen ist, durch das Summensignal derselben Halbfenster vor. Somit ist die herangezogene Korrekturspannung die Spannung (Et - E2), gewichtet oder bewertet mit der Summe (Ei + £2), die ziemlich genau die Gesamtenergie des Zieles darstellt. Wenn diese Summe klein ist, ist die Verstärkung der Schaltung hoch; wenn umgekehrt die Summe einen hohen Wert erreicht, ist die Verstärkung gering. Die Bewertungsschaltung umfaßt eine Addierschaltung 5€i, deren Eingänge mit den Speicherschaltungen 54 und 55 des betrachteten Kanals verbunden sind und eine Dividierschaltung 58. Die Operationsschaltung 58 bildet den Quotienten

£1 -El

indem sie dieses Verhältnis für eine bestimmte Ablage des Zieles annähernd konstant hält. Die von der Schaltung 58 gelieferte Spannung bildet eine Fehlerspannung für die Augenblicksposition.

Ergänzend hierzu wird das Fehlersignal am Ausgang der Dividierschaltung derart weiterverarbeitet, daß der Geschwindigkeit, die das Ziel besitzt, Rechnung getragen wird. Der Geschwindigkeitsspeicher gestattet die Vorherbestimmung der zukünftigen Position des Zieles und der Änderung des das Fehlersignal in der Schleife beeinflußenden Koeffizienten um einen Faktor, der ausgehend von der relativen Verschiebungsgeschwindigkeit des Zieles errechnet ist. Die entsprechende Schaltung enthält eine Integrierschaltung 59, der das Ausgangssignal der Dividierschaltung 58 zugeführt wird und eine einstellbare Schaltung 60, die durch einen Potentiometerteiler symbolisiert ist. Dieser Teiler erhält an seinen entsprechenden Anschlüssen die vorgenannte, augenblickliche Fehlerspannung und diese selbe Spannung nach Integration in der Schaltung 59. Die Stellung des Schleifers gestattet die gleichzeitige Einstellung eines Bruchteiles Ardes Signals

El-El
W+El'

wobei k kleiner als 1 ist, sowie des komplementären Bruchteiles (1 —k) des integrierten Signals, wobei diese beiden Bruchteile über diesen Schleifer abgegriffen werden. Die Faktoren k und (1 -k) sind abhängig von der Stellung des Schleifers, die durch Versuche so ermittelt wird, daß der Geschwindigkeitsspeicher die Verstärkung der Schleife in einem bestimmten Maß beeinflußt Die Schaltung 60 kann aus einem Opera tionsverstärker, der als einstellbarer Teiler geschaltet ist, bestehen.

Die vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels beschriebene Videoverfolgungsanordnung gestattet dank einer analogen Verarbeitung des verwendeten Videosignals eine automatische Verfolgung mit großer Anpassungsfähigkeit an schwierigste Betriebsbedingungen sicherzustellen, insbesondere also in Gegenwart erheblicher Schwankungen der Helligkeit des Zieles und/oder des das Ziel umgebenden Hintergrundes.

Zu erwähnen ist, daß das zu verfolgende, in dem Fenster enthaltene Ziel insbesondere im Falle von sehr nahen Zielen oder Zielen sehr großer Abmessungen auch nur aus einem Teil der Gesamtheit des auf dem

Bildschirm sichtbaren Zieles bestehen kann, und zwar unter der Voraussetzung, daß dieser Teil einer gegenüber den dem sichtbaren Ziel zugehörigen umgebenden Teilen hinreichend kontrastscharfen Einzelheit entspricht.

Die Verfolgungsanordnung kann demzufolge sowohl auf zivilem oder auf militärischem Gebiet Verwendung finden. Sie kann beispielsweise für die Überwachung und den Landeanflug von Flugzeugen verwendet werden oder auch in Feuerleitsysteme integriert

werden.

Wenn die Kamera auf einer mit einem in Bewegung befindlichen Fahrzeug wie etwa einem Schiff festver bundenen Plattform angeordnet ist, kann die Visierrich tung in bekannter Weise mittels einer Trägheitsplatt form stabilisiert werden, die auf der Plattforn angeordnete Kreiselvorrichtungen umfaßt. Die Interfa ce-Verbindungen sind gering und gestatten die Anord nung in einfacher Weise in ein Betriebssystem zi integrieren.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur automatischen Zielverfolgung durch Videokontrastanaiyse mit einer Fernsehbildkamera, die das Videofrequenzsignal des beobachteten Blickfeldes und Synchroninnpulse für die Zeilen- und die Bildablenkung liefert, mit einer Generatorschaltung zur Erzeugung eines elektronischen Fensters, mit einem Fernsehempfänger oder Monitor zur Sichtbarmachung des Blickfeldes und des Fensters, mit einer Schaltung zur Einstellung der Abmessungen des Fensters auf solche Werte, daß der durch das Fenster begrenzte Blickfekiausscknitt etwa dem sichtbargemachten, zu verfolgenden Ziel entspricht, mit Fangeinrichtungen zur Positionie rung des Fensters auf dem Ziel und mit automatischen Verfolgungseinrichtungen, die das Fenster dem Ziel nachführen und eine Schaltung zur Messung des mittleren Pegels des Videosignals in jeder Zeile außerhalb und in der Nähe des Zieles sowie eine Vergleichsschaltung, die jedesmal das Videosignal auf den gemessenen mittleren Pegel klemmt, umfassen, und das geklemmte Videosignal in zwei Kanälen verarbeiten, nämlich in einem ersten Kanal zur Messung längs einer ersten Achse X in Richtung der Zeilenablenkung und in einem zweiten Kanal zur Messung längs einer zweiten Achse Y, die orthogonal zur ersten Achse verläuft, und jeder Kanal zwei Torschaltungen zur Selektion des in dem ersten Halbfenster und dem zweiten Halbfenster längs der betreffenden Achse enthaltenen Videosignals und Meßschaltungen zur periodischen, mit der Periode der Bildablenkung oder einem Vielfachen davon erfolgenden Gewinnung eines Signals des Fehlers der Zentrierung des Fensters auf das Ziel in der betreffenden Achse umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Messung des mittleren Pegels (VM) des Videosignals eine Vollweggleichrichterschaltung (46) für das geklemmte Videosignal enthält, deren Ausgang mit den beicen Kanälen verbunden ist, und daß die Meßschaltungen jedes Kanals nach jeder Torschaltung (50, 51) einen Integrator (52, 53) zur Messung des zeitlichen Integrals des in dem entsprechenden Halbfenster enthaltenen, gleichgerichteten Videopegels, eine Speicherschaltung (56,55) zur Speicherung des Integrationsergebnisses (Ei, E2) in jeder betrachteten Meßperiode und eine Differenzschaltung (57) umfassen, die mit den Ausgängen der beiden Speicherschaltungen des betreffenden Kanals verbunden ist und ein Signal (Ei — E 2) liefert, das die genaue Ablage des Mittelpunktes des Fensters in bezug auf eine Mittellage, für die diese Integrationsergebnisse jeweils den gleichen Wert in jedem Kanal haben, angibt

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfolgungseinrichtungen in jedem Kanal eine Schaltung zur automatischen Verstärkungsregelung enthalten, bestehend aus einer von den beiden Meßschaltungen des jeweiligen Kanals gespeisten Summierschaltung (56) und einer Dividierschaltung (58), die das entsprechende Summensignal sowie das Differenzsignal erhält und ein mit dem Wert des Gesamtintegrals des in dem Fenster enthaltenen Videosignals bewertetes Positionisierungsfehlersignal liefert.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das bewertete Fehlersigna; auf eine einstellbare Dividierschaltung (60) einerseits direkt, andererseits über eine Integrationsschaltung gelangt, derart, daß ein Positionierungsfehleirsignal erhalten wird, das das bewertete Fehlersignal, multipliziert mit dem Koeffizienten k kleiner Eins, und das Ausgangssignal des Integrators, multipliziert mit dem komplementären Koeffizienten (1-Ar), umfaßt, wobei der Koeffizient k einstellbar ist

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Messung des mittleren Pegels des Videosignals eine Torschaltung (43) zur Selektion von Videosignalab- schnitten in der Nähe und außerhalb des Fensters umfaßt und daß der Torschaltung (43) ein Integrator (44) nachgeschaltet ist, der zeilenweise den Amplitudenmittefwert (VM) dieser Signalabschnitt«; mißt und mit einer Speicherschaltung (45) verbunden ist, die einen Eingang der Vergleichsschaltung (42) speist, deren anderer Eingang das Videosignail erhält und deren Ausgang das geklemmte Videosignal liefert.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fangeinrichtungen eine Photodetekto-vorrichtung (8) nach Art des elektronischen Schreibstiftes zur Bezeichnung des sichtbar gemachten Zieles und eine Fangschaltung (9) umfassen, die das Detektorsignal (SD) erhält und für jeden Meßkanal mit einer Folge gleich der Bildwechselperiode oder einem Vielfachen davon ein Positionierungssignal für die Mitte des Fensters (S 2) erzeugt und dieses Signal auf die Fenstergeneratorschaltung zur Erzeugung der Anfangspositionierung gelangt und daß die Fangschaltung Umschalteinrichtungen enthält, die das Detektorsignal nach einer bestimmten, anfänglichen Fangdauer durch ein die Fenstermitte bezeichnendes Signal ersetzen.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fenstergeneratorschaltung für jeden Kanal eine Summierschaltung (14) enthält, die einerseits eine Sägezahnspannung entsprechend der Ablenkspannung längs der jeweiligen Achse und andererseits von der entsprechenden Fangschaltung das Signal für die Position der Fenstermitte in Form einer Gleichspannung, sowie von den entsprechenden Verfolgungsschaltungen das Signal für den Positionierungsfehler der Fenstermitte ebenfalls in Form einer Gleichspannung erhält und daß der Ausgang der Summierschaltung mit parallel liegenden Eingängen von drei Schwellwertvergleicherschaltungen verbunden ist, deren Schwellwertpegel dem Anfang bzw. der Mitte bzw. dem Ende des Fensters längs der jeweiligen Achse entspricht