DE102005007283A1

DE102005007283A1 - Object distance measurement procedure uses lamp providing oscillating non repeating coded line pattern form array transducer base triangulation

Info

Publication number: DE102005007283A1
Application number: DE200510007283
Authority: DE
Inventors: Uwe Zimmermann; Achim Pruksch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-02-17
Filing date: 2005-02-17
Publication date: 2006-08-24

Abstract

An object (6) distance measurement procedure uses a lamp providing an oscillating (15) non repeating bright (7, 9) and dark (8, 10) coded line pattern illumination (11) that is imaged on an opto-electronic array transducer (12) for comparison (13) of image and pattern to provide triangulation. Independent claims are included for sensors using the procedure.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Sensor zur Messung des Abstandes zu mindestens einem Objekt mit einer Lichtquelle zur Beleuchtung des mindestens einen Objekts und mit einem mindestens eine Zeile von Sensorpunkten umfassenden optoelektrischen Wandler, auf dem das mindestens eine Objekt abgebildet wird.The The invention relates to a method and a sensor for measuring the Distance to at least one object with a light source for illuminating the at least one object and with at least one line of Sensor points comprehensive opto-electrical converter on which the at least one object is displayed.

Optische Sensoren zur Abstandsmessung sind in verschiedenen Formen bekannt. So zeigt DE 102 26 278 A1 eine Rückfahrhilfe für Kraftfahrzeuge mit einer rückwärts gerichteten Fernsehkamera, einer Beleuchtungseinheit in räumlichem Abstand zur Kamera zur Beleuchtung mit einem Lichtmuster, einer Auswerteeinheit, welche die aus dem Lichtmuster abgeleiteten Entfernungs- und Positionsinformationen aufbereitet und die Information über Hindernisse auf einem Monitor darstellen. Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass das Lichtmuster eine Linie ist, die bei unterschiedlichem Standort von Kamera und Beleuchtungseinheit auf einem Hindernis versetzt gegenüber der Fahrbahn abgebildet wird. Dementsprechend werden Elemente dieses Gerätes an zwei relativ weit voneinander entfernten Stellen des Fahrzeugs eingebaut.Optical sensors for distance measurement are known in various forms. So shows DE 102 26 278 A1 a reversing aid for motor vehicles with a rear-facing television camera, a lighting unit at a distance from the camera for illumination with a light pattern, an evaluation that prepares the derived from the light pattern distance and position information and display the information about obstacles on a monitor. In particular, it is provided that the light pattern is a line that is displayed at different location of camera and lighting unit on an obstacle offset from the roadway. Accordingly, elements of this device are installed at two relatively far apart locations of the vehicle.

Ein weiterer optischer Sensor ist aus WO 92/14118 bekannt geworden, bei welchem ein seitlich oszillierendes Muster auf dem Objekt, dessen Entfernung gemessen werden soll, abgebildet wird und wobei ein Objektiv sowohl die Abbildung auf dem Objekt als auch die Abbildung des auf dem Objekt abgebildeten Musters auf einen CCD-Detektor fokussiert bzw. defokussiert. Aus der örtlichen Lage eines auf dem CCD-Detektor abgebildeten fokussierten Musters kann dann auf die Entfernung geschlossen werden. Dabei ist jedoch nachteilig, dass für einen relativ großen Erfassungsbereich eine kurze Brennweite des Objektivs erforderlich ist, was wiederum zu einer großen Schärfentiefe führt, so dass eine Bestimmung des Schärfepunktes genau wird.One another optical sensor has become known from WO 92/14118, in which a laterally oscillating pattern on the object whose Distance to be measured, being imaged and being a lens both the image on the object and the image of the focussed on a CCD detector or the pattern imaged. defocused. From the local Location of a focused pattern imaged on the CCD detector can then be closed to the distance. It is, however disadvantageous that for a relatively large one Detection range a short focal length of the lens required is, in turn, a big one depth of field leads, so that a determination of the focus point exactly.

Aufgabe der vorliegenden Erindung ist es, ein Verfahren und einen Sensor vorzuschlagen, der die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist.task The present invention is a method and a sensor to propose, which does not have the disadvantages of the prior art.

Vorteile der ErfindungAdvantages of invention

Diese Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, dass die Beleuchtung mit einem Muster erfolgt, das sich im Erfassungsbereich nicht wiederholt, und dass durch Vergleich des Musters der Abbildung des Objekts und des Musters der Beleuchtung zusammengehörige Strahlen für eine Triangulation ermittelt werden.These The object is achieved in the method according to the invention in that The lighting is done with a pattern that is in the detection area not repeated, and that by comparing the pattern of the figure the object and the pattern of illumination associated rays for one Triangulation can be determined.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass keine sequentielle Ansteuerung von Lichtquellen erforderlich ist. Sie ermöglicht eine schnelle Auswertung und ein kostengünstiges System mit nur einer Lichtquelle, die auch aus mehreren Einzelelementen bestehen kann.The Invention has the advantage that no sequential activation of Light sources is required. It allows a quick evaluation and a cost-effective System with only one light source, which also consists of several individual elements can exist.

Vorzugsweise ist bei der Erfindung vorgesehen, dass das Muster abwechselnd helle und dunkle Linien enthält. Eine sichere Erkennung der zusammengehörigen Strahlen – ein von der Lichtquelle auf das Objekt auftreffender und ein von der gleichen Stelle des Objekts remittierter und auf den opto-elektrischen Wandler auftreffender Strahl – kann gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch erzielt werden, dass das Muster derart codiert ist, dass das Verhältnis zwischen Linien und deren Abständen im Muster über den Erfassungsbereich sich nicht wiederholt und dass die Winkel derjenigen Strahlen, die mit gleichem Verhältnis erkannt werden, zur Triangulation herangezogen werden.Preferably is provided in the invention that the pattern alternately bright and contains dark lines. Safe detection of the associated rays - one of the light source incident on the object and one from the same place of the object remitted and incident on the opto-electrical converter Beam - can according to a advantageous embodiment of the method according to the invention thereby achieved be that the pattern is coded such that the ratio between Lines and their distances in the pattern over the Detection range does not repeat and that the angles of those Rays with the same ratio be recognized, be used for triangulation.

Eine Mess-Ungenauigkeit kann sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch ergeben, dass ein Lichtpunkt und der danebenliegende Abstand zum nächsten Lichtpunkt auf verschieden weit entfernte Stellen eines Objekts fallen. Erforderlichenfalls kann diese Mess-Ungenauigkeit gemäß einer Weiterbildung dadurch kompensiert werden, dass das Muster oszilliert.A Measuring inaccuracy can occur in the method according to the invention result in that a light spot and the adjacent distance to the next Point of light on differently distant places of an object fall. If necessary, this measurement inaccuracy according to a training be compensated by the fact that the pattern oscillates.

Bei dem Sensor wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Lichtquelle derart ausgebildet ist, dass die Beleuchtung mit einem Muster erfolgt, das sich im Erfassungsbereich nicht wiederholt, und dass Mittel zum Vergleich des Musters der Abbildung des Objekts und des Musters der Beleuchtung derart vorgesehen sind, dass zusammengehörige Strahlen für eine Triangulation ermittelt werden.at the sensor, the object is achieved in that the light source is designed such that the illumination with a pattern that does not repeat in the detection area, and that means for comparing the pattern of the image of the object and the pattern of illumination are provided such that associated rays for one Triangulation can be determined.

Bei einer ersten Ausgestaltung des Sensors ist vorgesehen, dass die Lichtquelle von mindestens einem Objektiv, einer Streifenblende und einer Beleuchtungseinrichtung gebildet ist. Die bereits erwähnte Mess-Ungenauigkeit kann hierbei dadurch vermieden werden, dass die Streifenblende mit einem oszillierenden Antrieb verbunden ist.at a first embodiment of the sensor is provided that the Light source of at least one lens, a strip aperture and a lighting device is formed. The aforementioned measurement inaccuracy can be avoided by the fact that the strip diaphragm with connected to an oscillating drive.

Eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensors besteht darin, dass die Lichtquelle von einem Objektiv und einer zeilenförmigen Beleuchtungseinrichtung gebildet ist. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Beleuchtungseinrichtung eine LED-Zeile ist.A second embodiment the sensor according to the invention is that the light source of a lens and a line-shaped Lighting device is formed. It is preferably provided the lighting device is an LED line.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Sensors besteht darin, dass ein Ausgang des opto-elektrischen Wandlers mit einem Prozessor verbunden ist und dass der Prozessor mit einem Programm zur Auswertung des Musters der Abbildung des Objekts und zur Durchführung der Triangulation versehen ist.An advantageous embodiment of the sensor according to the invention is that an off gear of the opto-electrical converter is connected to a processor and that the processor is provided with a program for evaluating the pattern of the image of the object and to perform the triangulation.

Eine vertikale Ausdehnung des Erfassungsbereichs kann beispielsweise durch eine andere vorteilhafte Ausgestaltung dadurch erzielt werden, dass der opto-elektrische Wandler mehrere Zeilen umfasst, deren Signale jeweils für sich ausgewertet werden.A vertical extent of the detection area, for example achieved by another advantageous embodiment characterized that the opto-electrical converter comprises a plurality of lines whose Signals for each be evaluated.

Zeichnungdrawing

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:embodiments The invention are illustrated in the drawing with reference to several figures and explained in more detail in the following description. It shows:

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels, 1 a schematic representation of an embodiment,

2 bis 4 Diagramme zur Erläuterung einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens, 2 to 4 Diagrams for explaining a development of the method according to the invention,

5 eine Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Sensor, 5 a top view of a motor vehicle with a sensor according to the invention,

6 eine Seitenansicht des Kraftfahrzeugs und 6 a side view of the motor vehicle and

7 ein weiteres Ausführungsbeispiel. 7 another embodiment.

Beschreibung der Ausführungsbeispieledescription the embodiments

Bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 ist die Lichtquelle entsprechend einem Projektor aufgebaut mit einem Objektiv 1, einem Kondensor 3, einer Lampe 4 und einem Spiegel 5, die das auf der Blende 2 vorhandene Muster auf ein Objekt 6 bzw. auf andere im Erfassungsbereich liegende Objekte projiziert. Das Muster auf der Blende 2 ist ein Linienmuster, bei welchem das Verhältnis zwischen hell und dunkel über den gesamten Erfassungsbereich variiert. Ein Wert des Verhältnisses tritt nur einmal auf. Auf dem Objekt 6 sind zwei beleuchtete Linien 7, 9, sowie die Abstände 8, 10, die dunkel bleiben, und weitere Linien und Abstände dargestellt.According to the embodiment 1 the light source is constructed according to a projector with a lens 1 , a condenser 3 , a lamp 4 and a mirror 5 that on the panel 2 existing patterns on an object 6 or projected onto other objects in the detection area. The pattern on the panel 2 is a line pattern in which the ratio between light and dark varies over the entire coverage area. A value of the ratio occurs only once. On the object 6 are two illuminated lines 7 . 9 , as well as the distances 8th . 10 that remain dark, and more lines and distances shown.

Das derart beleuchtete Objekt 6 wird mit Hilfe eines Objektivs 11 auf einer Sensorzeile 12 abgebildet. Ein Mikroprozessor 13 wertet die von der Sensorzeile 12 erzeugten Signale aus, führt Messergebnisse einem Ausgang 14 zu und steuert einen Antrieb 15, der die Blende 2 in Richtung des Doppelpfeils zum Oszillieren bringt.The thus illuminated object 6 is done with the help of a lens 11 on a sensor line 12 displayed. A microprocessor 13 evaluates the from the sensor line 12 generated signals, results in an output results 14 and controls a drive 15 who has the aperture 2 in the direction of the double arrow brings to oscillate.

Zunächst wird jedoch die Erfindung ohne Berücksichtigung dieser Blendenverschiebung beschrieben. Die von der Sensorzeile erzeugten Signale werden mit einem gespeicherten Bild der Blende 2 bzw. mit einer gespeicherten Tabelle der Verhältnisse zwischen Linien und Abständen verglichen. Bei diesem Vergleich wird festgestellt, zu welcher ausgesendeten Linie und dem benachbarten Abstand zur nächsten Linie ein abgebildetes Paar bezüglich des Verhältnisses zwischen Linienbreite und Abstand passt, beispielsweise die Linie 7 und der Abstand 8. Damit ist festgelegt, dass der ausgesendete Strahl 16 zum remittierten und auf der Sensorzeile 12 empfangenen Strahl 17 gehört. Da die Winkel des ausgesendeten Strahls 16 und des empfangenen Strahls 17 sowie der Abstand zwischen den Objektiven 1 und 11 bekannt sind, kann in einfacher Weise der Abstand zwischen dem Objekt 6 und den Objektiven 1, 11 berechnet werden. Die gleiche Berechnung kann auch für andere als zusammengehörig erkannte Strahlen durchgeführt werden, so dass größere und andere Objekte berücksichtigt werden können.First, however, the invention will be described without regard to this aperture shift. The signals generated by the sensor line are stored with a stored image of the aperture 2 or compared with a stored table of relationships between lines and distances. In this comparison, it is determined to which emitted line and the adjacent distance to the next line an imaged pair matches with respect to the relationship between line width and distance, for example the line 7 and the distance 8th , This determines that the emitted beam 16 to remitted and on the sensor line 12 received beam 17 belongs. Because the angles of the emitted beam 16 and the received beam 17 as well as the distance between the lenses 1 and 11 are known, the distance between the object can easily 6 and the lenses 1 . 11 be calculated. The same calculation can also be carried out for other beams that are considered to belong together, so that larger and different objects can be taken into account.

Die bisher erläuterten erfindungsgemäßen Maßnahmen gehen davon aus, dass auf dem Objekt 6 ein Abbild vorliegt, das bezüglich der Verhältnisse zwischen Linien und Abständen dem Muster auf der Blende 2 genügend genau entspricht. Je nach Genauigkeitsanforderungen kann diese Bedingung nicht mehr gegeben sein, wenn die Oberfläche des Objektes 6 schräg verläuft, wie es in 2 durch die Gerade 21 dargestellt ist. Gegenüber der Geraden 22, die eine senkrecht zur optischen Achse des Objektivs 1 verlaufende Oberfläche darstellt, werden sowohl die hellen Linien als auch die Abstände breiter. Die Verbreiterung wird umso größer, je weiter sich die Gerade 21 von der Geraden 22 entfernt. Deshalb nimmt das Element (Linie oder Abstand) 24 eine größere Verbreiterung als das Element 23 ein. Die durch den Zeilensensor 12 abgeleiteten Signale, die gestrichelt für den Fall einer geraden Oberfläche 22 und durchgezogen als A und B für die schräge Gerade 21 dargestellt sind, bilden ein unterschiedliches Verhältnis zueinander. Es gilt: B/A <> B'/A'. Bei einer großen Anzahl von Linien und Abständen, die eine relativ feine Unterscheidung der Verhältnisse zwischen Linie und Abstand erfordern, kann eine Fehlinterpretation entstehen, die dazu führt, dass nicht zusammengehörige Strahlen als zusammengehörig betrachtet werden.The previously described inventive measures assume that on the object 6 there is an image, with respect to the relationships between lines and distances, the pattern on the diaphragm 2 corresponds exactly enough. Depending on the accuracy requirements, this condition may no longer exist if the surface of the object 6 slants as it runs in 2 through the straight line 21 is shown. Opposite the line 22 which is perpendicular to the optical axis of the lens 1 As the surface is running, both the light lines and the distances become wider. The broadening becomes greater, the further the straight line 21 from the straight 22 away. Therefore, the element (line or distance) takes 24 a larger broadening than the element 23 one. The through the line sensor 12 derived signals, which are dashed in the case of a straight surface 22 and solid as A and B for the oblique line 21 are shown, form a different relationship to each other. The following applies: B / A <> B '/ A'. With a large number of lines and distances requiring a relatively fine distinction of line-to-space relationships, a misinterpretation can arise which results in non-coincident beams being considered to belong together.

Diese Fehlerquelle wird durch eine periodische Verschiebung der Blende 2 (1) dadurch beseitigt, dass die Elemente 25 und 26 bzw. 23 und 24 auf die gleiche Stelle der Oberfläche des Objekts auftreffen. Dadurch bleibt, wie in den 3 und 4 dargestellt A = A' und B = B', so dass auch das Verhältnis zwischen A und B gleich dem Verhältnis zwischen A' und B' bleibt.This source of error is caused by a periodic shift of the aperture 2 ( 1 ) thereby eliminating the elements 25 and 26 respectively. 23 and 24 hit the same spot on the surface of the object. This leaves, as in the 3 and 4 represented A = A 'and B = B', so that the ratio between A and B remains equal to the ratio between A 'and B'.

Wenn, wie in 1 dargestellt, mehrere Linien und Abstände auf ein Objekt 6 fallen, kann dessen Schrägstellung auch durch Messung mehrerer zugehöriger Strahlen und Triangulation bestimmt werden. Wenn – wie in 1 vorausgesetzt – mehrere Linien und Abstände vom Zeilensensor 12 erfasst werden, ist es ferner möglich, die Signale derart zu filtern, dass die Ermittlung der zur Triangulation benutzten Strahlen 16, 17 durch geeignete Filterung der Signale mehrerer Linien und Abstände gesichert wird. Die Filterung kann beispielsweise derart erfolgen, dass ein nicht in die Folge der verschiedenen Verhältnisse des Musters passendes Verhältnis als fehlerhaft ausgeschieden wird.If, as in 1 shown, several lines and distances to an object 6 fall, its inclination can also be determined by measuring several associated rays and triangulation. If - as in 1 provided - several lines and distances from the line sensor 12 are detected, it is also possible to filter the signals such that the determination of the triangulation used for rays 16 . 17 is secured by suitable filtering of the signals of multiple lines and distances. The filtering may, for example, take place in such a way that a ratio which does not fit into the sequence of the different ratios of the pattern is rejected as being defective.

Bei entsprechender Wahl der Größen der Sensorzeile 12 und der Blende 2 sowie der Brennweiten der Objektive 1, 11 kann die horizontale Ausdehnung eines Erfassungsbereichs entsprechend der jeweiligen Anwendung gewählt werden. Zur Erkennung von Hindernissen vor einem Kraftfahrzeug 31 (5) kann beispielsweise der Erfassungsbereich 32 soweit gewählt werden, dass er eine Fahrbahn, die in 5 durch Fahrbahnmarkierungen 33 und 34 dargestellt ist, umfasst.With appropriate choice of the sizes of the sensor line 12 and the aperture 2 as well as the focal lengths of the lenses 1 . 11 The horizontal extent of a detection range can be selected according to the respective application. For detecting obstacles in front of a motor vehicle 31 ( 5 ), for example, the detection area 32 be chosen so far that he has a carriageway in the 5 through road markings 33 and 34 is shown.

Wegen einer ausreichenden Ausdehnung des vertikalen Erfassungsbereichs kann die Blende derart gestaltet sein, dass die Linien und die Abstände senkrechte Streifen sind. Durch Veränderungen der Formen der Objekte über die Höhe ist es jedoch dann erforderlich, für verschiedene Höhenbereiche auch verschiedene Sensorzeilen einzusetzen. Ein Beispiel dafür ist in 6 dargestellt, wobei durch die Anwendung von drei Sensorzeilen der vertikale Erfassungsbereich in drei Teile 35, 36, 37 aufgeteilt ist.Due to a sufficient extent of the vertical detection range, the diaphragm can be designed such that the lines and the distances are vertical strips. By changing the shapes of the objects over the height, however, it is then necessary to use different sensor lines for different height ranges. An example of this is in 6 represented by the application of three sensor lines of the vertical detection area in three parts 35 . 36 . 37 is divided.

7 stellt ein weiteres Ausführungsbeispiel dar, bei dem die Beleuchtungseinrichtung 38 zeilenförmig ist und eine Blende 2 aufweist. Eine zeilenförmige Beleuchtungseinrichtung kann beispielsweise von einer LED-Zeile gebildet werden. Bei entsprechender Anordnung der einzelnen LEDs kann das Muster auch unmittelbar ohne die Verwendung einer Blende 2 erzeugt werden. 7 represents a further embodiment in which the illumination device 38 is linear and an aperture 2 having. A line-shaped illumination device can be formed, for example, by an LED line. With appropriate arrangement of the individual LEDs, the pattern can also directly without the use of a panel 2 be generated.

Claims

A method for measuring the distance to at least one object with a light source for illuminating the at least one object and with at least one row of sensor points comprising opto-electrical converter on which the at least one object is imaged, characterized in that the illumination with a pattern is performed, which is not repeated in the detection area, and that by comparing the pattern of the image of the object and the pattern of illumination associated rays are determined for a triangulation.

Method according to claim 1, characterized in that that the pattern contains alternating light and dark lines.

Method according to claim 2, characterized in that that the pattern is coded such that the ratio between Lines and their distances in the pattern above the detection area does not repeat itself and that the angles those rays, which are recognized in the same ratio, for triangulation be used.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the pattern oscillates.

Sensor for measuring the distance to at least one object ( 6 ) with a light source ( 1 to 5 ) for illuminating the at least one object ( 6 ) and with at least one row of sensor points comprising opto-electrical converter ( 12 ) on which the at least one object ( 6 ), characterized in that the light source ( 1 to 5 ) is designed such that the illumination with a pattern ( 7 . 8th . 9 . 10 ), which is not repeated in the coverage area, and that funds ( 13 ) for comparing the pattern of the image of the object ( 6 ) and the pattern of the illumination are provided such that associated beams ( 16 . 17 ) are determined for a triangulation.

Sensor according to claim 5, characterized in that the light source of at least one lens ( 1 ), a strip diaphragm ( 2 ) and a lighting device ( 3 . 4 . 5 ) is formed.

Sensor according to claim 6, characterized in that the strip diaphragm ( 2 ) with an oscillating drive ( 15 ) connected is.

Sensor according to claim 5, characterized in that the light source is formed by an objective and a line-shaped illumination device is.

Sensor according to claim 8, characterized in that the lighting device is an LED line.

Sensor according to one of claims 5 to 9, characterized in that an output of the opto-electrical converter ( 12 ) with a processor ( 13 ) and that the processor ( 13 ) with a program for evaluating the pattern of the image of the object ( 6 ) and to carry out the triangulation.

Sensor according to one of claims 5 to 10, characterized in that the opto-electrical Converter ( 12 ) comprises several lines whose signals are evaluated individually.