Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Erkennung und Lokalisierung von Systemen zur optischen Gegenbeobachtung, enthaltend einen optischen Beobachtungskanal mit einer Beobachtungsoptik und einer Einrichtung zur elektronischen Darstellung von Beobachtungsergebnissen, einen Sendekanal mit einem strahlerzeugenden Element zum Aussenden eines Abtaststrahls, einen Empfangskanal zum Empfang von reflektierter Strahlung und einer Auswerte- und Steuereinrichtung.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Erkennung und Lokalisierung von Systemen zur optischen Gegenbeobachtung, bei dem ein Abtaststrahl zur Gebietsabtastung dient und reflektierte Strahlung zur Objekterkennung benutzt wird.

Zur Fernerfassung bzw. Lokalisierung von optischen und opto¬ elektronischen Systemen in einem Zielgebiet ist es nach der WO03/102626 Al für eine dreikanalige Einrichtung mit einem optischen Sendekanal, einem Beobachtungs- bzw. Abbildüngskanal und einem Empfangskanal bekannt, die optischen Achsen der Kanäle deckungsgleich übereinander zu legen. Ein asphärisches Zylinderobjektiv, das innerhalb des optischen Sendekanals vor einer Laserstrahlungsquelle angeordnet ist, liefert einen Laserortungsstrahl mit einer Strahlungsindikatrix in Form einer „schmalen Schneide", zu der eine Empfängerzeile in dem Empfangskanal derart ausgerichtet ist, dass deren Gesichtsfeld dieser Strahlungsindikatrix entspricht. Mittels einer Schwellwertmethode, bei der der Pegel auf Signale von Scheinzielen eingestellt ist, werden die von den interessierenden Objekten stammenden optischen Rücksignale von der Hintergrundstrahlung und der diffus von der Umgebung reflektierten Strahlung getrennt. Ein Überschreiten des

Schwellwertes wird entsprechend der Position des Signalempfanges in der Empfängerzeile in einer in den Beobachtungskanal eingeblendeten, vertikal ausgerichteten LED-Zeile höhenanalog angezeigt. Außerdem kann ein akustisches Alarmsignal ausgelöst werden.

Zusätzlich zu dem hohen Justieraufwand, der betrieben werden muss, um die optischen Achsen fest zueinander auszurichten und insbesondere die „schmale Schneide" nach deren Reflexion wieder auf den Empfänger zu bekommen, ist es von Nachteil, dass der Erfolg einer reproduzierbaren Objektwiedererkennung an das Geschick des Beobachters gebunden ist, da er das zu detektierende Zielgebiet durch Schwenkbewegungen der handgehaltenen Einrichtung mit vertikal ausgerichteter Strahlungsindikatrix mehrmals in der Azimutebene abscannen muss.

Da die Erfassung von Objekten lediglich im gerade schneidenförmig angestrahlten Bereich des Zielraumes möglich ist, jedoch eine zwar vorgesehene Ortsanzeige für erfasste Objekte nicht erhalten bleibt, ist es der Gedächtnisleistung des Beobachters überlassen, Objekte bei erneuter Zielraumabtastung wieder zu erkennen. Erschwerend wirkt sich hierbei auch eine nicht zu vermeidende veränderte Handhabung aus. Insbesondere resultiert aus Undefinierten Scangeschwindigkeiten eine geringe Wahrscheinlichkeit der wiederholten Erfassung.

Außerdem ist es von Nachteil, dass sich die Anwendung der Einrichtung nur auf Tageszeiten mit genügender Helligkeit beschränkt, weil der Ort eines erfassten Objektes nur anhand seines landschaftlichen Umfeldes im Gedächtnis bleibt.

Ferner besteht das Problem, dass bei zunehmenden Entfernungen die Laserleistung erhöht werden muss, um im Zielgebiet eine ausreichende Energiedichte bereitstellen zu können. Hierbei begrenzt die erforderliche Augensicherheit die aussendbare Laserleistung, so dass der detektierbare Entfernungsbereich ohne

zusätzlichen Sicherungsaufwand beschränkt ist. Das Problem gewinnt zusätzlich an Bedeutung, wenn die Arbeitswellenlänge im nicht sichtbaren Bereich liegt.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, die eingangs genannte Einrichtung zur Erkennung und Lokalisierung von Systemen zur optischen Gegenbeobachtung so zu verbessern, dass sie einfacher zu bedienen und mit geringerem Justieraufwand und damit kostengünstiger herzustellen ist und trotz augensicher aussendbarer Laserenergie einen erweiterten Entfernungsbereich überwachen kann.

Zudem soll eine höhere Reproduzierbarkeit der Objektwiedererkennung und eine höhere Detektionswahrscheinlichkeit für die Systeme erreicht werden, unabhängig von den bestehenden Lichtverhältnissen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Einrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Sendekanal eine Strahlablenkeinrichtung enthält, die den Abtaststrahl mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit und vorgegebener Wiederholfrequenz über ein durch das Sehfeld der Beobachtungsoptik festgelegtes beobachtbares Zielgebiet führt und der Empfangskanal mindestens einen Flächenempfänger aufweist, auf den die reflektierte Strahlung aus dem beobachtbaren Zielgebiet gerichtet ist.

Mit Hilfe einer geräteinternen Strahlablenkeinrichtung wird eine Zielgebietsabtastung auch bei einem autarken stationären Betrieb ermöglicht, bei dem die Erkennung bzw. Lokalisierung von Systemen zur optischen Gegenbeobachtung im Unterschied zu der WO03/102626 Al nicht an die Bewegung der gesamten Einrichtung gebunden ist . Das beobachtbare Zielgebiet wird mit dem motorisch abgelenkten Abtaststrahl bei vorgegebener Winkelgeschwindigkeit weitgehend lückenlos mehrfach abgetastet, so dass reflektierte Strahlung von gleich lang beleuchteten Objekten im gleich

bleibenden, beobachtbaren Zielgebiet von mindestens einem Flächenempfänger empfangen werden kann.

Vorteilhaft ist der Abtaststrahl in einer Richtung polarisiert und entsprechend der Geometrie einer strahlenden Fläche eines Diodenlasers als strahlerzeugendes Element geformt. Ein dem Diodenlaser vorgeschaltetes Kollimatorobjektiv dient zur Strahlkollimation.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Empfangskanal einen Polarisationsteiler zur Trennung der empfangenen reflektierten Strahlung nach unterschiedlichen Polarisationsrichtungen enthält, und dass für jede Polarisationsrichtung ein Flächenempfänger vorgesehen ist. Die Flächenempfänger, auf die die empfangene reflektierte Strahlung nach der Trennung polarisationsabhängig gerichtet wird, sind zur elektronischen Zusammenführung und Auswertung einander zugeordneter Bildpunktinhalte mit der Auswerte- und Steuereinrichtung verbunden.

Wird mit nur einem Flächenempfänger gearbeitet, ist dieser mit der Auswerte- und Steuereinrichtung verbunden, um eine Bewertung der empfangenen reflektierten Strahlung nach deren Amplitude durchzuführen.

Vorteilhaft wirkt sich aus, wenn die Strahlablenkeinrichtung einen Abtastbereich aufweist, der dem Sehfeld der Beobachtungsoptik und dem Sehfeld eines jeden Flächenempfängers entspricht und die Einrichtung zur elektronischen Darstellung von Beobachtungsergebnissen bei Einblendung in den Beobachtungskanal sich über das Sehfeld der Beobachtungsoptik erstreckt.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Einrichtung zur elektronischen Darstellung von Beobachtungsergebnissen eine Farbmatrix enthält, auf der die Darstellung von

Zielobjekteigenschaften farblich unterschiedlich erfolgt. Die Farbmatrix wird durch optische Mittel dem Zielgebiet überlagert in den Beobachtungskanal eingeblendet, so dass nachzuweisende Zielobjekte infolge schneller Rechenleistung mit unterschiedlichen Graden einer Plausibilität bei gleich bleibendem landschaftlichen Hintergrund sichtbar gemacht werden können.

Die Einblendung kann in eine Seite einer binokular ausgebildeten Beobachtungsoptik durch eine optische Abbildung in die Okularebene erfolgen.

Die Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Abtaststrahl mit vorgegebener Winkelgeschwindigkeit und vorgegebener Wiederholfrequenz über ein durch das Sehfeld einer Beobachtungsoptik festgelegtes beobachtbares Zielgebiet geführt und die reflektierte Strahlung aus dem festgelegten beobachtbaren Zielgebiet mit mindestens einem Flächenempfänger nachgewiesen wird. Bevorzugt wird der Abtaststrahl motorisch über das beobachtbare Zielgebiet geführt.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Abtaststrahl in einer ersten Richtung polarisiert wird und beim Nachweis der reflektierten Strahlung eine Trennung nach der ersten Richtung der Polarisation und mindestens einer weiteren Polarisationsrichtung vorgenommen und ein Vergleich der Strahlungsintensitäten in den getrennten Polarisationsrichtungen durchgeführt wird.

Für den Vergleich kann ein Intensitätsschwellwert vorgegeben werden, der von der Strahlungsintensität der weiteren Polarisationsrichtung überschritten werden muss, um die Zuordnung der nachgewiesenen reflektierten Strahlung zu einem System zur optischen Gegenbeobachtung auszuschließen.

Möglich ist auch ein Vergleich zwischen Signalen, die aus reflektierter Strahlung von unterschiedlichen Objekten resultieren, indem eine Bewertung der reflektierten Strahlung nach der Größe der Objekte, z. B. durch einen Flächenvergleich der reflektierten Strahlung durchgeführt wird, wobei auch hierfür ein Schwellwert für die Fläche vorgesehen werden kann. Die Erfindung soll nachstehend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 die erfindungsgemäße Einrichtung in einer Blockdarstellung

Fig. 2 die Einblendung einer Einrichtung zur Darstellung der Beobachtungsergebnisse in eine Seite einer binokularen Beobachtungsoptik

Fig. 3 einen in dem Sendekanal vorgesehenen Diodenlaser

Fig. 4 eine in dem Sendekanal vorgesehene Strahlablenkeinrichtung

Fig. 5 den als polarisationsteilende Detektoreinheit ausgebildeten Empfangskanal

Die erfindungsgemäße Einrichtung, die insbesondere zur Erfassung und Lokalisierung von Systemen zur optischen Gegenbeobachtung in Entfernungen von 20 m - 800 m aber auch darüber hinaus dient, enthält gemäß Fig. 1 in einem Beobachtungskanal 1 eine binokulare Beobachtungsoptik 2, mit der ein Beobachter 3 einen dreidimensionalen visuellen Eindruck von einem Zielgebiet zur Auflösung von Tiefenunterschieden gewinnen kann. Anstatt des direkten binokularen Einblickes ist mittels dem Fachmann bekannter Mittel auch eine Monitordarstellung 4 des Zielgebietes möglich. Das ist unter anderem dann vorteilhaft, wenn die Einrichtung, z. B. auf einem Stativ montiert, über einen

längeren Zeitraum im Dauerbetrieb zum Einsatz kommt, etwa bei einer Gebäudeüberwachung.

Parallel zu den optischen Achsen der binokularen Beobachtungsoptik 2 ist der Strahlengang eines Empfangskanals 5 ausgerichtet, zu dem ein Sendekanal 6 eng benachbart liegt, wodurch von Zielobjekten reflektierte Strahlung 7 mit hoher Amplitude empfangen werden kann.

Eine Auswerte- und Steuereinrichtung 8 übernimmt in Verbindung mit einer Stromversorgung 9 die Baugruppensteuerung in den drei Kanälen 1, 5, 6 sowie einer in den Beobachtungskanal eingeblendeten Einrichtung 10 zur Darstellung der Beobachtungsergebnisse.

Die Einrichtung 10 in Form einer, mit der Auswerte- und Steuereinrichtung 8 in Verbindung stehenden LCD-Matrix 11 wird als Anzeigefeld in den Beobachtungskanal 1, bevorzugt in eine Seite der binokularen Beobachtungsoptik 2 eingekoppelt. Zu diesem Zweck sind gemäß Fig. 2 zwei der Abbildung der Matrixflache in die Okularbildebene OBE eines Okulars 12 dienende achromatische Objektive 13, 14 sowie ein auf eine Prismenfläche 15 eines Porro-Umkehrsystems 16 aufgekittetes selektives Teilerprisma 17 vorgesehen, wobei sich die gemeinsame optische Achse O _x -O ₁ der Objektive 13, 14 zur Zwischenabbildung mit der optischen Achse O ₂ -O ₂ des Fernrohrobjektives 18 überlagert .

Besonders vorteilhaft lassen sich dem Beobachter 3 auf diese Weise dem Zielgebiet zugeordnete Informationen über ermittelte Zielobjekte zur Verfügung stellen. Da die LCD-Matrix 11 bevorzugt als Farbmatrix ausgebildet ist, können Objekteigenschaften, die für ein Zielobjekt sprechen, wie z. B. die Intensität der Reflexion oder andere Zielobjekteigenschaften farblich unterschiedlich dargestellt und dem Zielgebiet überlagert in den Beobachtungskanal eingeblendet werden.

Der Sendekanal 6 enthält gemäß Fig. 3 einen Diodenlaser 19, insbesondere einen Diodenlaser-Stack als strahlerzeugendes Element, mit einem in Strahlrichtung nachgeschalteten kurzbrennweitigen Kollimatorobjektiv 20, wodurch ein der strahlenden Fläche (200 μm x 2 μm) des Diodenlasers 19 entsprechend geformter, bevorzugt s-polarisierter Abtaststrahl

21 bereitgestellt wird.

Eine ebenfalls zum Sendekanal 6 gehörige Strahlablenkeinrichtung

22 (Fig. 4) lenkt den kollimierten Abtaststrahl 21 senkrecht zu seiner, der Höhe des Sehfeldes 23 der Beobachtungsoptik 2 entsprechenden Längsausdehnung in einem solchen Winkelbereich in azimutaler (horizontaler) Richtung ab, dass das von der Beobachtungsoptik 2 bereitgestellte Sehfeld 23 zumindest annähernd vollständig überstrichen wird, wodurch Zielobjekte im gesamten, für den Beobachter 3 sichtbaren Zielgebiet detektiert werden können.

Selbstverständlich kann sich die wesentlich größere Ausdehnung des Abtaststrahls auch in horizontaler Richtung erstrecken und die Ablenkung in vertikaler Richtung erfolgen.

Die einfach aufgebaute Strahlablenkeinrichtung 22 besteht aus einer, von einem energiesparenden DC-Motor 24 angetriebenen, rotatorisch gelagerten strahlungsdurchlässigen Keilscheibe 25 mit einer Winkelspiegelanordnung 26 zur Realisierung eines zweimaligen Durchtrittes des kollimierten Abtaststrahls 21 im Randbereich der Keilscheibe 25, wodurch die Strahlrichtung in meridionaler (vertikaler) Richtung erhalten bleibt und sich in der azimutalen (horizontalen) Richtung um den besagten Winkelbereich ändert. Über die Winkelgeschwindigkeit der Rotation wird eine Abtastfrequenz eingestellt, die mit der Empfänger-Auslesegeschwindigkeit korreliert, insbesondere identisch ist mit der Zeilenauslesefrequenz.

Insbesondere kann eine sinusförmig ansteigende und abfallende Winkelgeschwindigkeit vorgegeben sein, mit der der Abtaststrahl

das Zielgebiet überstreicht, wobei die Empfängersteuerung derart angepasst ist, dass ein längeres Verweilen des Abtaststrahls in den Randgebieten des Zielgebietes berücksichtigt wird. Es ist auch möglich, den Abtaststrahl über ein größeres Gebiet als das Zielgebiet zu führen, um Verfälschungen bei nachzuweisenden Reflexionen in den Randbereichen zu vermeiden.

Der Empfangskanal 5 enthält gemäß Fig. 5 eine polarisationsteilende Detektoreinheit 27 bestehend aus einer als Achromat ausgebildeten Empfangsoptik 28 mit vorgeschaltetem Bandpassfilter 29 zur Ausblendung von Umgebungslicht, einem Polarisationsteiler 30 in Würfelform mit einem Polarisationsfilter 31 und zwei, bevorzugt als CMOS-Matrizen ausgebildeten Flächenempfängern 32, 33 mit einem Sehfeld 34, das dem Sehfeld 23 der Beobachtungsoptik 2 entspricht, insbesondere entsprechend der vorliegenden geometrischen Formen darin optimal eingepasst ist. Es versteht sich, dass anstatt des Polarisationsteilers 30 selbstverständlich auch ein Plattenpolarisator verwendet werden kann.

Das Polarisationsfilter 31 trennt unterschiedliche Polarisationsrichtungen voneinander und der Polarisationsteiler 30 richtet insbesondere empfangene s- polarisierte Strahlung auf den einen Flächenempfänger 32 und empfangene p- polarisierte Strahlung auf den anderen Flächenempfänger 33.

Ein derartiger Aufbau des Empfangskanals 5 ist dann von Bedeutung, wenn interessierende Zielobjekte die Eigenschaft besitzen, polarisationserhaltend zu reflektieren, was bei einer Folge von optischen Flächen insbesondere in Verbindung mit einer planen Fläche, wie z. B. das Absehen in einem Zielfernrohr der Fall ist.

Da andere reflektierende Objekte, wie z. B. diffus reflektierende natürliche Objekte, diese Eigenschaft zumeist nicht besitzen, lässt sich dieser Unterschied als Kriterium verwenden, um zwischen Zielobjekten und anderen reflektierenden Objekten unterscheiden zu können.

Deshalb nimmt die mit den Flächenempfängern 32, 33 verbundene Auswerte- und Steuereinrichtung 8 vorteilhaft einen Vergleich der in Echtzeit in die Auslesespeicher der Auswerte- und Steuereinrichtung 8 eingelesenen Signale für die Bildpunkte vor, die reflektierte Strahlung vom gleichen Zielort empfangen. Hierbei ist es nicht erforderlich, dass die beiden CMOS-Matrizen in gleicher Weise zu dem zu empfangenden Bild ausgerichtet sein müssen. Vielmehr reichen z. B. fertigungstechnisch vorgesehene Referenzpunkte auf den Matrizen aus, um etwa über einen Anlernprozess elektronisch eine Zusammenführung einander zuzuordnender Bildpunkte vornehmen zu können.

Kann bei diesem, z. B. als Subtraktion oder Division durchgeführten Signalvergleich festgestellt werden, dass ein Anteil nicht s-polarisierter, hier zum Nachweis vorgesehene p- polarisierte Strahlung vorliegt, so wird das reflektierende Objekt nicht als Zielobjekt bewertet. Bevorzugt kann für diese Bewertung ein Intensitätsschwellwert vorgesehen sein, der von dem Signal, das die p-polarisierte Strahlung liefert, überschritten werden muss, um Zielobjekte auszuschließen. Das hat den Vorteil, dass unter anderen z. B. Verschmutzungen an den optischen Flächen des Zielobjektes oder Qualitätsunterschiede bei dem in dem Polarisationsteiler 30 zum Einsatz kommenden Polarisationsfilter 31 berücksichtigt werden können.

Der Signalvergleich kann für sich allein oder zusätzlich zum polarisationsunterscheidenden Vergleich auch derart ausgebildet sein, dass eine Bewertung der reflektierten Strahlung nach der Größe der Objekte erfolgt. Liegt keine Information über die Entfernung der Objekte vor, bietet sich ein Amplitudenvergleich der reflektierten Strahlung an.

Ferner muss die Signalverarbeitung nicht auf die Signale beschränkt bleiben, die aus der reflektierten Strahlung abgeleitet werden, sondern es können auch Mess- und

Witterungsbedingungen erfasst und bei der Entscheidung über ein interessierendes Zielobjekt berücksichtigt werden. Stochastisch auftretende Scheinziele werden dadurch eliminiert, dass sie bei wiederholter Zielgebietsabtastung nicht am selben Ort oder in dessen Nähe erscheinen.

Besonders vorteilhaft wird aus den CMOS-Matrizen nur der Bereich ausgelesen, der gerade von reflektierter Strahlung beleuchtet wird.

Eine weitere Ausführung sieht vor, dass die Strahlablenkeinrichtung 22 den Abtaststrahl 21 mit feststehender Richtung aus dem Sendekanal 6 austreten lässt. Der Beobachter 3 kann sich auf diese Weise einen Überblick vom Zielgebiet 4 verschaffen, indem er die erfindungsgemäße Einrichtung manuell über das Zielgebiet 4 führt .