DE4005940A1 - Opto-elektronisches treffer-erkennungs- und anzeige-system und zugehoerige schiesstrainingsanlage - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung sind ein opto-elektronisches Treffer- Erkennungs- und Anzeige-System und die zugehörige Schießtrainings­ anlage.

Bei optischen Schießtrainingsanlagen, bei denen unter realisti­ schen Bedingungen mit scharfem Schuß geübt wird, wird die Treffer­ erkennung in der Regel in der Form durchgeführt, daß das Schußloch in den üblicherweise benutzten Mehrfach-Papierbahn-Bildwänden von der Rückseite her beleuchtet und dadurch die Trefferstelle als heller Punkt sichtbar gemacht wird.

Da das Zieldarstellungsbild im Moment der Schußabgabe durch Stop­ pen des Diatransportes oder durch Anhalten der Videofilmquelle eingefroren wird, ist es bei den bisher gebräuchlichen optischen Raumschießanlagen möglich, die Trefferlage direkt anhand des be­ leuchteten Durchschußloches in Zusammenhang mit der Zieldar­ stellung zu beurteilen. Zur besseren Hervorhebung des Schußloches wird die rückseitige Trefferbeleuchtung in der Regel blinkend aus­ geführt. Bei dem geschilderten Treffererkennungsverfahren handelt es sich jedoch nicht um ein automatisch arbeitendes System. Die Feststellung der Trefferstelle erfolgt visuell und wird hinsicht­ lich ihrer Qualität vom Schießausbilder beurteilt. Das bisher be­ kannte Verfahren ermöglicht es nicht, die Koordinaten kurzfristig zu ermit­ teln und z. B. zur Durchführung eines interaktiven Übungsablaufs an ein Rechnersystem mit angeschlossenem Laser-Disc oder Video­ band-Player weiterzugeben.

Sollen Schießergebnise vieler Schützen jedoch in rationeller und zeitsparender Weise protokolliert und bewertet werden und sollen darüber hinaus Übungsabläufe interaktiv, d. h. unter direkter Aus­ wertung des jeweiligen Schießresultats, ausgeführt werden, so sind automatisch arbeitende Treffererkennungs- und Anzeigensysteme er­ forderlich.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein automatisches Treffererkennungs- und Anzeigesystem zu schaffen, das unmit­ telbar nach der Abgabe eines Einzelschusses oder einer Schußserie die Koordinaten der einzelnen Trefferstellen oder bei einer Schuß­ serie auch die Koordinaten einer mittleren Trefferstelle (Treffer­ schwerpunkt) ermitteln und ausgeben kann.

Ein opto-elektronisches Treffer-Erkennungs- und Anzeigesystem nach der Erfindung ist in Abb. 1 an einem Beispiel darge­ stellt. Der Schütze 1 beschießt eine mehrfach geführte Papierbahn 2, auf die mittels eines Projektionsgerätes 3 eine Zieldarstellung projiziert wird. Mittels einer Zielbereichskamera 4 wird im gesam­ ten Bereich der Zielbilddarstellung oder in einem Teilbereich 5 die Bildfläche aufgenommen, wobei die erhaltenen Bildsignale an eine Auswerteeinheit 10 weitergeleitet werden. In dieser werden die Koordinaten des Schußloches 6, das durch das Geschoß 7 in der Pa­ pierbahn-Bildwand 2 entstanden ist, ermittelt und in Form eines X-/Y-Koordinatenpaares oder als Zeilen- und Spaltenwerte an ein Rechnersystem 11 weitergeleitet, welches wiederum durch die Erzeu­ gung eines entsprechend positionierten Graphiksymbols und Generie­ rung eines Videosignals die Anzeige der Trefferstelle in der Ziel­ fläche ermöglicht.

Die Trefferstellenanzeige ist in Abb. 2 an einem Beispiel darge­ stellt. Die Trefferstelle kann dabei durch beliebige Symbole, etwa durch ein Quadrat, einen Kreis oder ein Kreuz gekennzeichnet wer­ den. Zur Verbesserung der Trefferlocherkennung wird das Schußloch durch eine Lampeneinrichtung 8 direkt oder in Verbindung mit einer Reflexionsfläche 9 indirekt beleuchtet.

In Abb. 3 ist das opto-elektronische Treffer-Erkennungs- und Anzeigesystem nach der Erfindung schematisch in einem Blockschalt­ bild dargestellt. Die Zielbereichskamera 4 erfaßt den Bereich 5 einer Bildwandeinrichtung 2, die von ihrer Rückseite direkt oder indirekt durch die Lampeneinrichtung 8 beleuchtet wird. Das Schußloch 6 erscheint auf der der Zielbereichskamera 4 zugewand­ ten Bildwandseite als heller Punkt, der sich in seiner Beleuch­ tungsstärke oder in anderen Eigenschaften, z. B. in seiner Be­ leuchtungs-Farbe (Wellenlänge) erkennbar von den optischen Eigenschaften der umgebenden Zieldarstellung abhebt.

Das Bildsignal von Kamera 4 wird einer Digitalisierungs- und Bild­ auswerteinheit 10 zugeleitet. In dieser Einheit wird mit analogen oder digitalen Methoden die Trefferstelle als Bildveränderung beim Vergleich zeitlich aufeinanderfolgender Abbilder des Zielbereichs 5 oder als Singularität bezüglich der Helligkeit des Schußloches 6, seiner Farbe oder Wellenlänge oder bezüglich anderer unter­ scheidbarer optischer Eigenschaften ermittelt. Eine derartige kennzeichnende Eigenschaft kann z. B. auch eine in bestimmtem Rhythmus und mit bestimmer Frequenz wechselnde Beleuchtung des Schußloches 6 sein.

Die ermittelten Treffer-Positionsdaten werden in beliebigem Format oder Kodierung, vorzugsweise über eine serielle Schnittstelle nach RS 232-Norm an ein Rechnersystem 11 weitergeleitet.

Mit Hilfe des Rechnersystems 11 oder anderer geeigneter Hilfsmit­ tel können die Schußloch-Koordinaten in einem beliebigen Koordina­ ten-System, vorzugsweise in einem kartesischen System, festgestellt und mittels Computergraphik und geeigneter Zusatzeinrichtungen in ein Videosignal umgesetzt werden, das mittels eines Projektionssy­ stems die Anzeige der Trefferstelle durch ein beliebiges geometri­ sches Symbol auf der Zieldarstellungsfläche 2 (Projektionsfläche) ermöglicht.

Dies ist insbesondere dann leicht realisierbar, wenn zur Zieldar­ stellung ein Video-Projektionssystem verwendet wird, das gleich­ zeitig zur Projektion des vom Rechnersystem 11 gelieferten gra­ phischen Symbols zur Trefferstellenkennzeichnung benutzt werden kann.

Abb. 4 verdeutlicht nochmals schematisch die Wirkungsweise der Digitalisierungs- und Bildauswerteinheit 10, welche die Schußlochposition erkennt und ihre Lage durch die Ausgabe von Spalten(SP)-/Zeilen(ZL)-Werten, von X/Y-Werten oder anderen geeign­ neten Wertepaaren kennzeichnet. Das Digitalisierungs- und Bild­ auswertesystem 10 arbeitet vorzugsweise in Echtzeit, d. h. die von der Zielbereichskamera 4 gelieferten Bildsignale werden im zeitlichen Rhythmus der Kameraausgabe, in der Regel mit einer Ge­ schwindigkeit von 50 Bildern pro Sekunde, ausgewertet. Das Compu­ tersystem 11 wird vorzugsweise so ausgelegt, da auch hier eine Realtimeverarbeitung der von der Digitalisierungs- und Bildaus­ werteinheit 10 erhaltenen Trefferstellendaten erfolgt.

Die opto-elektronische Treffer-Erkennungs- und Anzeige ermöglicht eine automatische Schießergebnis-Protokollierung und -auswertung, insbesondere auch eine statistische Auswertung einer größeren An­ zahl personen- oder übungsbezogener Daten.

Da die automatische Erkennung der Trefferstelle in Echtzeit erfol­ gen kann, ist die interaktive Steuerung von Übungsabläufen mög­ lich. Erfolgt z. B. die Zieldarstellung mittels eines Videoprojek­ tors, der seine Bildsignale von einem Laser-Disc- oder Videoband- Player erhält, so kann je nach Lage der Trefferstelle der Übungs­ ablauf in unterschiedlicher Weise durch entsprechende Steuerung der Bildquellen fortgesetzt werden. Wird ein durch das Projek­ tionsbild simulierter Gewalttäter, der eine Waffe auf den auszu­ bildenden Schützen richtet, von diesem getroffen, so setzt der La­ ser-Disc- oder Videoband-Player aufgrund eines Steuersignals vom Computersystem 11 den Übungsablauf mit einer Szene fort, in wel­ cher der Gewalttäter zu Boden fällt.

Trifft dagegen der Schütze nicht, so steuert das Computersystem 11 die Bildausgabe des Laser-Disc- oder Videoband-Players so, daß die Übung mit einer Szene, in welcher der Gewalttäter seinerseits in simulierter Form einen Schuß auf den auszubildenden Schützen ab­ feuert, weitergeführt wird.

Außer der Kontrolle eines Laser-Disc- oder Videoband-Players kann das Rechnersystem 14 auch die Steuerung weiterer Peripherieeinhei­ ten 13, etwa der Raumbeleuchtung, einer Toneinheit oder sonstiger Zusatzeinrichtungen übernehmen. Zur Ausgabe eines Ergebnisproto­ kolls kann zusätzlich ein Drucker 13 angesteuert werden.

Mit Hilfe des opto-elektronischen Treffererkennungs- und Anzeige­ systems nach der Erfindung können nicht nur durch scharfen Schuß erzielte Löcher 6 in einer Papierbildwand 2 erkannt werden, son­ dern auch Schußsimulationen durchgeführt werden, bei denen der Trefferpunkt durch einen von der benutzten Waffe erzeugten Licht­ punkt im sichtbaren, infraroten oder ultravioletten Bereich ge­ kennzeichnet wird.

Im letzteren Fall erfolgt die Übung, ohne daß durch die Abgabe eines scharfen Schusses die Projektionswandfläche durchlöchert werden muß. Sofern der durch die Waffe mit optischen Mitteln auf der Bildfläche erzeugte Trefferpunkt optische Eigenschaften be­ sitzt, die ihn erkennbar von der umgebenden Zieldarstellung unter­ scheiden, kann er mittels Zielbereichskamera 4 und Digitalisie­ rungs- sowie Bildauswertungseinheit 10 erkannt und seine Koordin­ naten zur weiteren Bearbeitung an das Computersystem 11 weiterge­ leitet werden. Das opto-elektronische Treffer-Erkennungs-und An­ zeigesystem nach der Erfindung ist also sowohl für Übungen mit scharfem Schuß als auch für solche mit simulierter Schußabgabe ge­ eignet.

Durch Treffer-Erkennungs- und Anzeigesysteme nach der Erfindung kann der Übungsablauf in optischen Raumschießanlagen beschleunigt und rationalisiert werden. Ein interaktiver, durch die Treffer­ ergebnisse bestimmter Übungsablauf ist möglich. Die Beurteilung der Schießergebnisse kann objektiviert werden. Die erhaltenen Treffer- Ergebnisdaten können in ihrer Gesamtheit oder in Teilmengen für personen- und übungsbezogene statistische Auswertungen benutzt werden.

Auf der Basis des erfindungsgemäßen Treffer-Erkennungs- und Anzei­ gesystems können optische Schießtrainingsanlagen ausgeführt wer­ den, von denen eine mögliche Ausführungsvariante in Abb. 5 darge­ stellt ist. Die Anlage besteht aus dem erfindungsgemäßen Treffer­ erkennungs- und Anzeigesystem mit Erfassungskamera 4, Digitali­ sier- und Auswerteeinheit 10, kombiniert mit Videoprojektor 3, Mehrfachbahnen-Papierbildwand 2, Trefferbeleuchtungseinrichtung 8 und Reflexionsvorhang 9, sowie Schützen-Registrierkamera 15, In­ frarot-Sender 16, Empfangseinheit 17 mit Akustik-Sensor 18, Compu­ tersteuerung 11, Keyboard 19, Laserdisc-Player 12, Videobandplayer 20, Interface-Einheit 21, Overlayeinheit 22, Printer 13 und son­ stiger Peripherieanlagen 14 wie z. B. Beleuchtungs- und Tonsteue­ rung.

Claims (7)

1. Opto-elektronisches Treffer-Erkennungs- und Anzeige-System und zugehörige Schießtrainingsanlage, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer Zielbereichskamara 4 im gesamten Bereich der Zielbilddarstellung oder in einem Teilbereich 5 die Bildfläche aufgenommen und die erhaltenen Bildsignale an eine Auswerteein­ heit 10 weitergeleitet werden, daß in Auswerteeinheit 10 die Koordinaten des Schußloches 6, 10, das durch das Geschoß 7 in der Papierbahn-Bildwand 2 erzeugt wird, ermittelt und in Form eines X-, Y-Koordinatenpaares oder als Zeilen- und Spaltenwerte an ein Rechnersystem 11 weiterge­ leitet werden, welches durch die Erzeugung eines entsprechend positionierten Graphik-Symbols und Generierung eines Video- Signals die Anzeige der Trefferstelle in der Zielfläche be­ wirkt, daß auf der Basis des erfindungsgemäßen Treffererkennungs- und Anzeigesystems optische Schießanlagen mit Erfassungskamera 4, Digitalisier- und Auswerteeinheit 10, Trefferbeleuchtungsein­ richtung 8 und Reflexionsvorhang 9, sowie Schützen-Registrier­ kamera 15, Infrarot-Sender 16, Empfangseinheit 17 mit Akustik- Sensor 18, Computersteuerung 11, Keyboard 19, Laserdisc-Player 12, Videobandplayer 20, Laserdisc-Player 12, Videobandplayer 20, Interface-Einheit 21, Overlayeinheit 22, Printer 13 und zu­ sätzlich mit Peripherieanlagen 14, wie z. B. Beleuchtungs- und Tonsteuerung ausgeführt werden können.

2. Opto-elektronisches Treffer-Erkennungs- und Anzeige-System und zugehörige Schießtrainingsanlage nach Anspruch 1, dadurch besonders gekennzeichnet, daß als Symbol zur Kennzeichung der Trefferstelle 6 ein Quadrat, ein Kreis, ein Kreuz oder ein anderes geeignetes Graphik-Symbol benutzt wird.

3. Opto-elektronisches Treffer-Erkennungs- und Anzeige-System und zugehörige Schießtrainingsanlagen nach Ansprüchen 1-2, dadurch besonders gekennzeichnet, daß zur Verbesserung der Trefferlocherkennung das Schußloch durch eine Lampeneinrichtung 8 direkt oder in Verbindung mit einer Reflexionsfläche 9 indirekt beleuchtet wird.

4. Opto-elektronisches Treffer-Erkennungs- und Anzeige-System und zugehörige Schießtrainingsanlage nach Ansprüchen 1-3, dadurch besonders gekennzeichnet, daß die benutzte Digitalisierungs- und Bildauswerteeinheit 10 mit analogen oder digitalen Methoden die Trefferstelle als Bildveränderung beim Vergleich zeitlich aufeinander folgender Abbilder des Zielbereichs 5 oder als Singularität bezüglich der Helligkeit des Schußloches 6, seiner Farbe oder Wellen­ länge oder bezüglich anderer unterscheidbarer optischer Eigenschaften ermittelt, daß eine derartige kennzeichnende optische Eigenschaft auch eine in bestimmtem Rhythmus und mit bestimmter Frequenz wechselnde Beleuchtung des Schußloches 6 sein kann.

5. Opto-elektronisches Treffer-Erkennungs- und Anzeige-System und zugehörige Schießtrainingsanlage nach Ansprüchen 1-4, dadurch besonders gekennzeichnet, daß die von der Digitalisierungs- und Bildauswerteeinheit 10 erhaltenen Trefferstellendaten vom Computersystem 11 in Echtzeit verarbeitet werden.

6. Opto-elektronisches Treffer-Erkennungs- und Anzeige-System und zugehörige Schießtrainingsanlage nach Ansprüchen 1-4, dadurch besonders gekennzeichnet, daß die erhaltenen Schußloch-Koordinaten unter Zuhilfenahme von Computersystem 11 zur interaktiven Steuerung von Übungsabläu­ fen, insbesondere durch Ansteuerung von Laserdisc- oder Video­ band-Player über serielle RS 232-Schnittstelle benutzt werden, daß weitere Peripherieeinheiten 14, insbesondere ein Drucker 12, Raumbeleuchtung oder Toneinheit von Computersystem 11 ge­ steuert werden können.

7. Opto-elektronisches Treffer-Erkennungs- und Anzeige-System und zugehörige Schießtrainingsanlage nach Ansprüchen 1-6, dadurch besonders gekennzeichnet, daß auch Trefferpunkte erkannt werden können, die nicht durch scharfen Schuß, sondern durch ein von der benutzten Waffe erzeug­ ten Lichtpunkt im sichtbaren, infraroten oder ultra-violetten Bereich von Zielbereichskamera 4, Digitalisierungs- und Bild­ auswertesystem 10 und Computersystem 11 erkannt werden können, daß zur Erkennung von Schußloch 6 auch andere optische Eigen­ schaften genutzt werden können, die dieses erkennbar von der umgebenden Zielprojektionsdarstellung unterscheiden.