DE69712093T2 - Bildsysteme - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft Abbildungssysteme und insbesondere Abbildungssysteme, die Bilddaten über ein Weitwinkelfeld ansammeln können.
• Für Sicherheitszwecke und andere Zwecke besteht oft eine Notwendigkeit für ein Überwachungssystem, welches verwendet werden kann, um ein Weitwinkel-Sichtfeld, oft bis zu einem vollständigen 360º-Panorama, zu untersuchen. Die GB-A-2157526 beschreibt ein Abbildungssystem mit einer Plattform, die um eine Azimutachse drehbar ist und die einen Bilddaten-Sammelsensor mit einem festen Sichtfeld trägt. Die Plattform wird kontinuierlich um die Achse gedreht, um das Sensorsichtfeld um ein 360º-Panorama bei einem festen Elevationswinkel zu scannen. Normalerweise werden Daten zwischen zwei Winkelpositionen für eine Anzeige an einer Anzeigestation angesammelt. Es gibt eine Wechselwirkung zwischen der Beabstandung von diesen zwei Winkelpositionen und der Auflösung der Daten, die angesammelt und angezeigt werden.
• Ein Problem bei dem System der GB 2157526 ist der Mangel der Flexibilität und der Mangel der bereitgestellten Redundanz.
• Das Dokument FR-A-2013719 offenbart ein Abbildungssystem in Übereinstimmung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Das Dokument US-A-S 164827 offenbart ein Videoüberwachungssystem mit Kameras, die eine steuerbare Verschwenkungs-, Neigungs-, Fokussierungs- und Zoom-Funktion aufweisen.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Abbildungssystem bereitzustellen, welches Nachteile des obigen Systems umgeht oder wenigstens lindert.
• In Übereinstimmung mit einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Abbildungssystem in Übereinstimmung mit dem Anspruch 1 vorgesehen. Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt.
• Es wird ersichtlich werden, dass die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung einen Grad einer eingebauten Redundanz aufweisen, z. B. wenn ein Sensor ausfällt, dann kann ein anderer Sensor noch verwendet werden, um Bilddaten aus einem interessierenden Gebiet zu sammeln, da der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von Bildsensoren bereitstellt. Für den Fall, dass einer oder ein Anteil der Bildsensoren ausfällt, wird das Ergebnis nicht ein vollständiger Verlust der Bilddaten sein.
• Ausführungsformen erlauben auch eine erhöhte Flexibilität. Wenn z. B. die Bandbreite (oder Kapazität) eines Sensors vollständig verwendet wird, um in ein erstes gewähltes Gebiet zu sehen, kann ein zweiter Sensor verwendet werden, um in ein zweites Gebiet zu sehen oder um eine höhere Aktualisierungsrate in einem Teil oder in dem gesamten ersten gewählten Gebiet bereitzustellen.
• In Übereinstimmung mit einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Abbildungssystem vorgesehen, welches eine Bilddaten-Sammelstation umfasst, die um eine Azimutachse drehbar ist, wobei die Bilddaten-Sammelstation wenigstens zwei umfangsmäßig beabstandete Bildsensoren umfasst, die für eine Drehung mit der Station angeordnet sind, wobei wenigstens einer der Bildsensoren ein variables Sichtfeld aufweist und/oder eine Einrichtung zum Verändern des Elevationswinkels des Sensors aufweist.
• Ausführungsformen des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung ermöglichen den Sensoren den gleichen oder unterschiedliche Elevationspfade um die Azimutachse herum zu folgen. Dies kann durch Bereitstellen einer Einrichtung zum Verändern des Elevationswinkels eines Sensors erreicht werden. Wenn die Pfade, die von den zwei Bildsensoren verfolgt werden, die gleichen sind, und die Sensoren das gleiche Sichtfeld aufweisen, können die Daten von den zwei Sensoren kombiniert werden, um eine erhöhte Bildauflösung über einem gesamten eingefangenen Bild bereitzustellen. Wenn sich die Elevationspfade, die von den zwei Sensoren verfolgt werden, unterscheiden, können die Bilddaten, die von den Sensoren bereitgestellt werden, auf getrennten Anzeigen angezeigt werden oder können kombiniert werden, um ein breiteres Gesamtsichtfeld auf einer einzelnen Anzeige bereitzustellen.
• In einer Ausführungsform umfasst wenigstens einer der Sensoren eine Zoomlinse, die auf ein Gebiet mit einem bestimmten Interesse hereingezoomt werden kann. Die sich ergebenden Bilddaten können entweder unabhängig von den Bilddaten, die von anderen Sensoren eingefangen werden, angezeigt werden oder können verwendet werden, um die Auflösung eines Bereichs eines Bilds, welches von einem anderen Bildsensor mit einem breiteren Sichtfeld eingefangen wird, selektiv zu verbessern.
• Vorzugsweise umfasst das Abbildungssystem eine Bildüberwachungsstation mit einer Steuereinrichtung zum unabhängigen Steuern der Vergrößerung der Bildsensor-Zoomlinsen und/oder des Elevationswinkels der Bildsensoren. Die Steuereinrichtung umfasst einen Nachverfolgungs-Computer (Tracking Computer) zum Identifizieren eines Ziels (Targets) innerhalb eines Bilds und zum Richten von einem oder mehreren der Bildsensoren, um das identifizierte Ziel nach zu verfolgen, indem dynamisch der Elevationswinkel und/oder der Zoom der Sensoren gesteuert wird. Die Steuereinrichtung ist angeordnet, um Bilddaten zu kombinieren, die von dem oder jedem Nachverfolgungs-Bildsensor und von einem weiteren Bildsensor mit einem breiteren Sichtfeld, das das Ziel enthält, empfangen werden, wodurch ein Bild erhalten werden kann, in dem das Ziel mit einer erhöhten Auflösung relativ zu dem Rest eines größeren Bildsichtfelds gezeigt ist.
• Vorzugsweise werden die Bildsensoren bei regelmäßigen Winkelintervallen um die Bilddaten- Sammelstation herum beabstandet angeordnet.
• Vorzugsweise umfasst die Bilddaten-Sammelstation wenigstens vier Bildsensoren.
• Es lässt sich erkennen, dass ein besonders vorteilhaftes Abbildungssystem durch Kombinieren beider ersten und zweiten Aspekte der vorliegenden Erfindung erhalten wird.
• Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung und um zu zeigen, wie diese umgesetzt werden kann, wird nun beispielhaft auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen. In den Zeichnungen zeigen:
• Fig. 1 eine Draufsicht einer Datensammelstation, die die vorliegende Erfindung verkörpert; und
• Fig. 2 eine Seitenansicht der Datensammelstation der Fig. 1 mit einem zugehörigen Steuersystem. In den Zeichnungen umfasst ein Abbildungssystem eine Datensammelstation 1 mit einer kreisförmigen Plattform 2, auf der vier einzelne Bildsensoren 3 angebracht sind. Die Bildsensoren 3 sind um den Umfang der Plattform 2, in einem Abstand von 90º zueinander, angeordnet. Die sich drehende Plattform 2 ist nominell so angeordnet, dass sie in einer horizontalen Ebene liegt, wenn sie in Betrieb ist, so dass sich die Plattform um eine vertikale oder Azimutachse dreht. Das System kann jedoch modifiziert werden, um ein zweidimensionales Feld von Erfassungselementen, die entlang einer Vielzahl von vertikalen Linien angeordnet sind, zu verwenden. Jede Linie wird wiederum gescannt, wobei die Umdrehungsrate der Plattform 2 und die Erfassungselement-Scanrate synchronisiert sind, um eine Kontinuität des Bildfelds über 360º zu ermöglichen.
• Die Fig. 1 und 2 zeigen den Fall, bei dem die Bildsensoren 3 jeweils ein Sichtfeld 4 aufweisen, welches im Wesentlichen eindimensional ist, wobei es sich über einen maximalen Winkel β in einer vertikalen Ebene erstreckt. Jeder Sensor 3 umfasst typischerweise eine einzelne Säule bzw. Spalte von vertikal ausgerichteten Bilderfassungselementen (in den Figur nicht gezeigt).
• Die folgende Beschreibung des Betriebs des Abbildungssystems der Fig. 1 und 2 nimmt in dem ersten Fall an, dass es nur erforderlich ist, Bilddaten von zwei diametral gegenüberliegenden Bildsensoren 3a, 3c zu ermitteln und dass beide Sensoren angeordnet sind, so dass sie das gleiche Sichtfeld (d. h. β ist der gleiche für beide Sensoren) und den gleichen Elevationswinkel aufweisen.
• Die Sensortragplattform 3 wird bei einer konstanten bekannten Rate durch einen Antriebsmechanismus 5 gedreht und demzufolge bewegt sich das Sichtfeld 4 jedes Sensors in einer kreisförmigen Ortskurve und durchquert ein 360º breites Feld. Die absolute Winkelposition der Plattform in irgendeinem Moment wird durch einen Winkelpositionssensor 6 bestimmt. Eine statische Bildüberwachungsstation 7 umfasst eine Videoanzeigeeinheit (VDU) 8, die einen Abschnitt des Sichtfelds, der sich über einen Winkel α&sub1; einer Azimuterstreckung und einen Winkel β&sub1; in einer elevationsmäßigen Erstreckung (wobei β&sub1; ≤ β ist) erstreckt, anzeigen kann. Ein manuell betreibbarer Wähler oder "Zeiger" 9, der mit den Sensorsteuercomputer 10 gekoppelt ist, führt eine Funktion aus, um einen Winkel θ, relativ zu einer Datenwertrichtung 11 (s. Fig. 1), zu bestimmen, der die Mitte des Felds mit dem Ausmaß α&sub1; definiert, welches der Betreiber auf dem VDU 8 anzeigen möchte. Der Sensorsteuercomputer 10 kombiniert auch Parameter θ und α&sub1;, um den Bereich von Winkelpositionen, nämlich von (θ - 1/2α&sub1;) bis (θ + 1/2α&sub1;) zu bestimmen, über den Bilddaten von dem gewählten Bildsensor (den gewählten Bildsensoren) 3 gesammelt werden müssen. In Übereinstimmung mit den berechneten Winkelpositionen schaltet der Steuercomputer 10 über die Leitung 11 die Sensoren 3 für die geeigneten Perioden ihrer Drehung ein und aus. Es sei darauf hingewiesen, dass diese Anordnung einen unnötigen Energieverbrauch und die Erzeugung eines elektronischen Rauschens dadurch beseitigt, dass die Sensoren ausgeschaltet werden, wenn es nicht erforderlich ist, Bilddaten von diesen Sensoren zu ermitteln.
• Wenn ein Sensor 3 ein ist, werden Bilddaten von diesem Sensor 3 an eine zugehörige Gattereinrichtung 12 übergeben, die ebenfalls von dem Steuercomputer 10 gesteuert wird. Die Gattereinrichtungen 12b, 12d, die zu den zwei nicht gewählten Sensoren 3b, 3d gehören, werden permanent in einem Aus-Zustand gehalten, wohingegen diejenigen Gatter 12a, 12c, die zu den zwei gewählten Sensoren 3a, 3c gehören, im Wesentlichen synchron zu den gewählten Sensoren ein und aus gekippt werden. Insbesondere wird das Gatter 12a für die Periode, in der der Sensor 3a innerhalb des gewählten Azimutbereichs ist, ein und für die Periode, wenn der Sensor 3a außerhalb dieses Bereichs ist, aus geschaltet. In ähnlicher Weise ist das Gatter 12c ein, wenn der Sensor 3c innerhalb des gewählten Bereichs ist und aus für den Rest der Plattformdrehung.
• Bilddaten, die von den Gattern 12a, 12c übergeben bzw. durchgelassen werden, werden alternierend in einen Bildrahmenspeicher 13 eingetaktet, so dass der Rahmenspeicher zweimal pro Plattformdrehung wiederaufgefrischt wird. Daten werden aus dem Rahmenspeicher 13 herausgetaktet, um die VDU 8 bei einer geeigneten Rate aufzufrischen. Bei dem Rahmenspeicher 13 kann es sich um den Typ handeln, bei dem die Daten an die VDU 8 bei einer TV-Rasterscan-kompatiblen Rate herausgetaktet werden, und zwar unabhängig von der Dateneintastungsrate, die durch die Charakteristiken der Bildsensoren 3 bestimmt wird, und der Umdrehungsrate der Plattform 2 (ein Prozess, der als "Scan- Umwandlung" bekannt ist).
• Es ist ersichtlich, dass die Wiederauffrischungsrate der VDU 8 doppelt so hoch wie diejenige des herkömmlichen Systems für die gleiche Drehungsrate ist. Es wird auch ersichtlich sein, dass die Wiederauffrischungsrate noch weiter erhöht werden kann, indem ein weiterer oder weitere zwei Bildsensoren 3 eingeschaltet werden. Für den Fall, dass einer der Sensoren 3 beschädigt wird, so dass er nicht in der Lage ist, genaue Bilddaten an die Bildüberwachungsstation 6 zu führen, hält das System die Fähigkeit aufrecht, verwendbare Daten an die VDU 8 zu führen, weil ein oder mehrere Sensoren noch betriebsfähig bleiben. Deshalb erlaubt das System einen beträchtlichen Redundanzgrad mit einer abgestuften Verschlechterung des Betriebsverhaltens.
• Es sei nun angenommen, dass einer der gewählten Bildsensoren 3 mit einer Zoomlinse versehen ist, die ermöglicht, dass ein schmaler Bereich der Umgebungsszene von diesem Sensor mit einer erhöhten Auflösung betrachtet werden kann. Zusätzlich sei angenommen, dass der Sensor 3 mit einem Neigungsmechanismus versehen ist, um zu ermöglichen, dass die Elevation des Sensors 3 verändert wird. Unter Verwendung des manuell betreibbaren Wählers 9 kann ein Betreiber ein bestimmtes Gebiet der Umgebungsszene für eine Anzeige bei einer höheren Auflösung wählen. Das System kann eine zweite Bildüberwachungsstation mit einer zweiten VDU umfassen, um zu ermöglichen, dass das Sichtfeld des breiten Gebiets gleichzeitig mit dem gewählten schmalen Sichtfeld angezeigt wird. Diese Anordnung würde z. B. in einer Situation nützlich sein, bei der ein Ziel innerhalb des Gesamtsichtfelds vorhanden ist und ein Betreiber das Ziel mit Einzelheiten betrachten möchte, während auch eine Betrachtung des umgebenden Gebiets aufrecht erhalten wird, z. B. um nachzusehen, ob andere Ziele (Targets) in die Umgebung eintreten.
• Typischerweise sind alle vier Bildsensoren 3 mit unabhängigen Zoom- und Neigungs- Möglichkeiten versehen, um die Flexibilität des Systems zu maximieren. Es ist deshalb möglich, z. B. zwei Bildsensoren 3 dem Ziel zuzuweisen, während die übrigen zwei Sensoren 3 dem breiten Gebiet zugewiesen werden, so dass beide bei einer relativ hohen Auflösung angezeigt werden können.
• Wenn sich ein Ziel über die Szene bewegt, kann es für einen Betreiber schwierig sein, manuell das Ziel kontinuierlich zu verfolgen. Der Steuercomputer 10 kann deshalb verwendet werden, um automatisch ein vom Betreiber bestimmtes Ziel über die Szene zu verfolgen, indem geeignete Bildverarbeitungsoperationen ausgeführt werden. Der Steuercomputer 10 kann dann angeordnet werden, um den Bildsensor oder die Sensoren zu steuern, die dem Ziel zugewiesen sind, wobei der Zoom und die Elevation wie geeignet verändert werden, um das Ziel nach zu verfolgen. Es können auch Vorkehrungen getroffen werden, um die Bahn des Ziels vorherzusagen, wenn es das Sichtfeld von einem der Nachverfolgungssensoren verlässt, so dass der folgende Nachverfolgungssensor eingestellt werden kann, um das Ziel einzufangen, wenn es in das Sichtfeld dieses Sensors eintritt.
• Der Steuercomputer 10 kann auch angeordnet werden, um Bildsensoren 3 je nach Anforderung ein- und auszuschalten, um die Nachverfolgungsgenauigkeit und die Bandbreite der Bilddaten zu optimieren. Z. B. kann zur Nachverfolgung eines sich relativ langsam bewegenden Ziels, nur ein einzelner Bildsensor 3 benötigt werden, während zur Nachverfolgung eines sich schnell bewegenden Ziels sämtliche vier Bildsensoren verwendet werden müssen.
• Es wird sich ergeben, dass verschiedene Modifikationen an den voranstehend beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt werden können, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Z. B. können die Sensoren 3 bei unregelmäßigen Winkelabständen um den Umfang der kreisförmigen Plattform 2 herum angeordnet werden. Die Anzahl von Sensoren 3 kann auch anders sein, z. B. kann die Datensammelstation mit 2, 6, 8 oder einer größeren Anzahl von Sensoren 3 versehen sein.

Claims (6)

1. Abbildungssystem, umfassend:

eine Bilddaten-Sammelstation (1), die um eine Azimutachse drehbar ist, wobei die Bilddaten- Sammelstation (1) wenigstens 2 umfangmäßig voneinander beabstandete Bildsensoren (3a, 3b, 3c, 3d) umfasst, die für eine Drehung mit der Station (1) so angeordnet sind, dass sei ein gemeinsames Sichtfeld (4) einschließen, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Sensor eine einzelne Säule von vertikal ausgerichteten Erfassungselementen umfasst und das System ferner umfasst:

eine statische Bild-Überwachungsstation (7), die eine Videoanzeigeeinheit (8) zum Anzeigen von Bilddaten, die von der Sammelstation (1) empfangen werden, und eine Steuereinrichtung (9, 10, 11) zum selektiven und unabhängigen Ein- und Aus-Schalten der Sensoren während einer Drehung der Bilddaten- Sammelstation (1) umfasst,

wobei Bilddaten von jedem Bildsensor (3a, 3b, 3c, 3d) an einen Bild-Rahmenspeicher (13) über eine zugehörige Gatter-Einrichtung (12a, 12b, 12c, 12d) geliefert werden, die synchron zu den Sensoren (3a, 3b, 3c, 3d) von der Steuereinrichtung (9, 10, 11) ein-/ausgesteuert wird, und Daten von dem Bild- Rahmenspeicher (13) bei einer TV-Rasterscan-kompatiblen Rate an die Videoanzeigeeinheit (8) ausgetaktet werden.

2. Abbildungssystem nach Anspruch 1, wobei wenigstens einer der Bildsensoren (3a, 3b, 3c, 3d) ein variables Sichtfeld aufweist und/oder eine Einrichtung zum Verändern des Elevationswinkels des Sensors umfasst.

3. Abbildungssystem nach Anspruch 2, wobei wenigstens einer der Sensoren (3a, 3b, 3c, 3d) eine Zoom-Linse umfasst, die auf ein Gebiet, welches von einem besonderen Interesse ist, herein gezoomt werden kann.

4. Abbildungssystem nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Steuereinrichtung (9, 10, 11) zum unabhängigen Steuern der Vergrößerung von Bildsensor-Zoomlinsen und/oder des Elevationswinkels der Bildsensoren angeordnet ist.

5. Abbildungssystem nach Anspruch 4, wobei die Steuereinrichtung (9, 10, 11) einen Verfolgungs- Computer zum Richten von einem oder mehreren der Bildsensoren (3a, 3b, 3c, 3d) zur Verfolgung eines Ziels innerhalb des Bilds durch dynamisches Steuern des Elevationswinkels und/oder des Zooms der Sensoren umfasst.

6. Abbildungssystem nach Anspruch 5, wobei die Steuereinrichtung (9, 10, 11) angeordnet ist, um eine Kombination von Bilddaten, die von dem oder jedem Verfolgungsbildsensor und von einem weiteren Bildsensor mit einem breiteren Sichtfeld, der das Ziel enthält, empfangen werden, durchzuführen, wodurch ein Bild erhalten wird, in dem das Ziel mit einer erhöhten Auflösung relativ zu dem Rest eines Bilds mit einem größeren Sichtfeld gezeigt wird.