ES2300245T3 - Procedimiento para la deteccion automatica de helicopteros. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la detección autónoma de helicópteros desde una plataforma volante con un sensor de formación de imágenes, caracterizado porque - las regiones relevantes de la imagen de dos imágenes consecutivas son substraídas unas de las otras punto por punto de la imagen y - dentro de la imagen de la diferencia que se obtiene de esta manera, se determinan los segmentos válidos para la detección a través de un procedimiento del valor umbral, en el que se aplica sobre la imagen de la diferencia un valor umbral para trinarización de la imagen, y los segmentos bipolares de la imagen trinaria son investigados sobre su relevancia con respecto a la pertenencia al rotor principal de un helicóptero, y - a estos segmentos válidos para la detección se adaptan rectas de la misma orientación y - las rectas de todos los segmentos se cortan por parejas entre sí, y - se calculan los puntos de intersección por parejas de todas las sectas y se investigan los puntos de intersección resultantes con respecto a su concentración local.
Description
Procedimiento para la detección automática de
helicópteros.
La invención se refiere a un procedimiento para
el reconocimiento de helicópteros que vuelan a baja altura desde
una plataforma volante que se mueve rápidamente, como un misil que
busca un objetivo y que sigue a un objetivo.
Se conoce, por ejemplo, a partir del documento
DE 195 05 791 un dispositivo de este tipo. Este dispositivo se basa
en un sistema de misil, que recorre durante una fase de búsqueda una
zona de búsqueda dada para detectar la presencia de un objetivo y,
en el caso de que encuentre el objetivo, lo sigue.
La detección del objetivo propiamente dicha se
realiza a través de una evaluación de la radiación propia del
helicóptero, modulada a través de las palas del rotor. Este
procedimiento para la detección de helicópteros o, en general, para
la detección de fuentes de radiación moduladas, se conoce, por
ejemplo, a partir de los documentos DE 37 33 681 o DE 28 47
233.
Sin embargo, este procedimiento de detección
tiene los siguientes inconvenientes:
- \sqbullet
- Solamente con este procedimiento no se puede realizar desde una plataforma móvil ningún proceso de búsqueda y, por lo tanto, tampoco ninguna detección, puesto que un objetivo potencial debe observarse siempre a lo largo de un tiempo determinado para determinar la frecuencia de la modulación. De esta manera, no se puede realizar el recorrido de búsqueda de una zona predeterminada.
- \sqbullet
- Este tiempo de observación mencionado anteriormente es función del sensor, de la frecuencia de giro del rotor del helicóptero y de la frecuencia de exploración del sensor. Los tiempos de observación típicos están en el intervalo de 0,2 a 0,5 segundos. Durante este tiempo, el misil puede haber volado tan tanto que no se puede alcanzar ya el objetivo a través de maniobras aerodinámicas.
- \sqbullet
- Durante todo el tiempo de observación, debe estabilizarse la cabeza de búsqueda exactamente sobre el objetivo potencial, sin embargo, en la práctica, esta estabilización solamente se consigue de forma inexacta. Por lo tanto, hay que contar con un gran número de detecciones falsas en virtud de los fondos de imagen fuertemente estructurados y de una cabeza de búsqueda estabilizada de forma incompleta.
Otro procedimiento para la detección de
helicópteros se conoce a partir de los documentos DE 44 23 758 y EP
0 690 412. En este dispositivo, se propone un sensor de imagen con
dos elementos de la imagen, que corresponden a la imagen del campo
de visión en dos instantes consecutivos, separados por un intervalo
de tiempo corto. Estos patrones de imagen son conducidos a una
formación de la diferencia. En lugares del fondo, los valores de
claridad de ambos patrones de la imagen son similares y se borran en
la formación de la diferencia, sin embargo las palas del rotor de
un helicóptero han continuado girando en el intervalo de tiempo
respectivo y se mantienen durante la formación de la diferencia. En
la forma de realización propuesta, este procedimiento presenta los
siguientes inconvenientes:
- \sqbullet
- El dispositivo propuesto requiere dos sensores de imagen, que deben colocarse exactamente opuestos entre sí, lo que provoca costes altos. Por lo tanto, por razones económicas debe preverse una forma de realización con un solo sensor de imagen.
- \sqbullet
- La evaluación posterior de la imagen de la diferencia no se describe en otros lugares de la literatura, en particular no se deduce a partir de los lugares de la literatura cómo se realiza la determinación de la posición del helicóptero dentro del propio campo de la imagen así como la supresión de interferencias durante un movimiento involuntario de la cámara.
La idea básica de la formación de la diferencia
punto por punto de la imagen entre dos imágenes consecutivas en el
tiempo se describe también por Celenk y Resa (en: "Moving Object
Tracking in Industrial Work Stations", Advances in
Instrumentation, Proceedings of the ISA 88 Intl. Conference and
Exhibit, Vol. 43, Parte 1, 1988, páginas 289-304)
para el seguimiento de cuerpos móviles. En primer plano está en este
caso el seguimiento de objetivos empleando una cámara estacionaria.
La formación de la diferencia de dos imágenes directamente
consecutivas en el tiempo se emplea en este caso para la detección
del objeto (pero no para la clasificación del objeto y para el
reconocimiento de determinadas categorías de objetos) y para el
seguimiento del objeto y presupone forzosamente una cámara inmóvil
en la forma de realización descrita.
La invención tiene el problema de realizar la
detección e identificación de helicópteros desde una plataforma
volante rápida en n tiempo lo más corto posible. A tal fin, se
utilizan sensores formadores de imágenes, las llamadas matrices
planas focales, con una alta resolución local y sensibilidad en la
zona de longitudes de ondas infrarrojas. Una resolución local
típica de una matriz plana focal está en 256 x 256 puntos de imagen.
Partiendo de aquí, la detección y la identificación de un
helicóptero se puede realizar de una manera ventajosa con un
procedimiento de procesamiento de imágenes, en el que se aprovecha
la alta resolución del sensor de imágenes.
La característica especial y no camuflable de un
helicóptero es su rotor principal que gira rápidamente. A través de
la fricción del aire se calientan las palas del rotor y de esta
manera pueden ser detectadas con un sensor de formación de imágenes
sensible en la zona de la radiación térmica. Adicionalmente, un
helicóptero se caracteriza por la alta intensidad de la radiación
de los grupos motopropulsores. Por lo tanto, un helicóptero se
identifica de una manera unívoca en la zona infrarroja a través del
rotor principal que gira rápidamente y a través del grupo
motopropulsor caliente. Se conocen identificar movimientos dentro de
una secuencia de imágenes, calculando la diferencia punto por punto
de la imagen de dos imágenes consecutivas. Las partes inmóviles de
la imagen están identificadas entonces dentro de la formación de la
diferencia por el valor cero, las regiones móviles de la imagen se
pueden reconocen en valores positivos y negativos distintos de
cero.
Un modo de proceder ventajoso para la detección
de un helicóptero consiste en reconocerlo con la ayuda de un rotor
principal. La tarea de detección se dificulta, sin embargo, a través
del hecho de que los helicópteros se encuentran en la aplicación
descrita típicamente a la altura del suelo y detrás de cubiertas. Al
mismo tiempo, debe partirse de un fondo de la imagen fuertemente
estructurado, que dificulta considerablemente la evaluación de la
imagen, de manera que no se puede realizar una evaluación directa de
la imagen con capacidad satisfactoria.
Esta problemática se soluciona de acuerdo con la
invención cuando en lugar de una única imagen, se evalúan dos
imágenes y se substraen éstas una de la otra punto por punto de la
imagen. Puesto que el fondo entre dos imágenes consecutivas no se
mueve, pero sí el rotor principal del helicóptero, se puede detectar
éste de una manera simplificada en la imagen de la diferencia. A
tal fin se trinariza la imagen de la diferencia calculada punto por
punto de la imagen a través de la aplicación de un valor umbral
bipolar, para las porciones positivas y negativas de la imagen y
los segmentos que se obtienen de esta manera se seleccionan de
acuerdo con criterios de validez establecidos. En este caso son
ventajosos los criterios de superficie mínima del segmento,
superficie máxima del segmento y la excentricidad mínima de un
segmento. Los segmentos válidos de acuerdo con los criterios
anteriores se describen a través de su recta adaptada, que presenta
la misma posición angular que el segmento. A través del cálculo de
los puntos de intersección por parejas de todos los segmentos se
puede calcular entonces el centro de giro del rotor. Si todos los
puntos de intersección por parejas se encuentran estrechamente
adyacentes, entonces se puede partir de que el objeto detectado es
un helicóptero.
La invención se explica con la ayuda de las
figuras 1 y 2. En este caso:
La figura 1 muestra en representación
esquemática el helicóptero a detectar y una exploración ejemplar de
la zona de búsqueda durante el proceso de búsqueda.
La figura 2 muestra en representación
esquemática el procedimiento propuesto para la detección e
identificación de helicópteros.
En la figura 1 se representa el helicóptero 101
durante el proceso de búsqueda, A través de la fricción del aire se
calientan las palas del rotor 102 y, por lo tanto, son visibles por
medio de un sensor de infrarrojos de formación de imágenes. Al
mismo tiempo, también los gases de escape calientes del grupo
motopropulsor 103 son visibles en la imagen de infrarrojos. Durante
el proceso de búsqueda se explora la zona de búsqueda relevante por
medio de un sensor de infrarrojos de formación de imágenes, de
manera que entre dos campos de visión 104 y 105 directamente
consecutivos en el tiempo y proyectados sobre el fondo existe un
solape de al menos la mitad de un campo de visión. De esta manera,
se asegura que cada punto de la zona de búsqueda se pueda ver al
menos en dos imágenes directamente consecutivas y se pueda aplicar
el procedimiento de la imagen de la diferencia.
En la figura 2 se representan los detalles del
procedimiento de detección y de identificación. Las dos imágenes
104 y 105 directamente consecutivas en el tiempo (de la figura 1)
son conducidas en cada caso de forma separada una de la otra a un
discriminador del valor umbral 201, cuyo umbral está ajustado de tal
forma que los gases de escape calientes del grupo motopropulsor 103
del helicóptero se encuentran por encima de este umbral y se pueden
reconoce de esta manera. El extractor de regiones 202 extrae a
partir de las imágenes generales 104 y 105 ahora regiones pequeñas
de la imagen 203 y 204, que están centradas en cada caso alrededor
de las posiciones de la imagen suministradas por el discriminador
del valor umbral. Para poder realizar el cálculo de la imagen de la
diferencia, debe corregirse una de las dos regiones de la imagen
203, generadas por el extractor de regiones, por el corrector de la
posición 205 en su posición con respecto a la segunda región de la
imagen 204. El formador de la diferencia 207 calcula la diferencia
208 punto por punto de la imagen de la región actual de la imagen
204 y de la región de la imagen 206 corregida en la posición de la
primera imagen 104. A través de un discriminador bipolar del valor
umbral 209 se genera, a partir de la imagen de la diferencia 208,
una imagen trinaria bipolar 210, cuyos segmentos son investigados
por el evaluador de la validez de los segmentos 211 sobre su
relevancia con respecto a la pertenencia al rotor principal 102 de
un helicóptero. Los segmentos 212 válidos se describen entonces por
el generador de rectas 213 a través de su recta adaptada. El
resultado del generador de rectas 214 se conduce al calculador de
puntos de intersección 215, dentro del cual se realiza el cálculo
de todos los puntos de intersección que resultan por parejas. La
posición de todos los puntos de intersección se memoriza y se
transmite a un dispositivo de decisión 217. En función de si se
forma a partir de ello una concentración clara de puntos de
intersección, se toma la decisión 218 de si está presente un
helicóptero o, en cambio, existe un objetivo falso.
Claims (6)
1. Procedimiento para la detección autónoma de
helicópteros desde una plataforma volante con un sensor de
formación de imágenes, caracterizado porque
- -
- las regiones relevantes de la imagen de dos imágenes consecutivas son substraídas unas de las otras punto por punto de la imagen y
- -
- dentro de la imagen de la diferencia que se obtiene de esta manera, se determinan los segmentos válidos para la detección a través de un procedimiento del valor umbral, en el que se aplica sobre la imagen de la diferencia un valor umbral para trinarización de la imagen, y los segmentos bipolares de la imagen trinaria son investigados sobre su relevancia con respecto a la pertenencia al rotor principal de un helicóptero, y
- -
- a estos segmentos válidos para la detección se adaptan rectas de la misma orientación y
- -
- las rectas de todos los segmentos se cortan por parejas entre sí, y
- -
- se calculan los puntos de intersección por parejas de todas las sectas y se investigan los puntos de intersección resultantes con respecto a su concentración local.
2. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque la zona de búsqueda
relevante en el fondo es explorada desde el sensor de formación de
imágenes, de tal manera que el solape local de dos campos de visión
consecutivos es al menos la mitad de un campo de visión.
3. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque dentro de cada imagen
se aplica un procedimiento de valor umbral para la determinación de
la posición de las regiones claras de la imagen.
4. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque las posiciones de las
regiones claras de la imagen de dos imágenes directamente
consecutivas en el tiempo se asocian localmente entre sí.
5. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque antes de la
realización de la substracción punto por punto de la imagen se
lleva a cabo una corrección de la posición de una de las regiones de
la imagen.
6. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 5, caracterizado porque se aplica sobre la
imagen de la diferencia un valor umbral adaptable en función de la
imagen para la trinarización de la imagen.
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