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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Aufnahme eines Objektraumes mit einem optoelektronischen Entfernungsmesser nach dem Impuls-Laufzeitverfahren mit einer Sendeein- richtung zum Aussenden von optischen, insbes. von Laser-Impulsen, und einer Empfangseinrich- tung zum Empfangen von optischen Signalen, insbes von Laserstrahlung, die von im Zielraum befindlichen Objekten reflektiert wird, ferner mit einer Scan-Einrichtung zur insbesonders kontinu- ierlichen Ablenkung der optischen Achsen von Sende- und Empfangseinrichtung in vorzugsweise zwei orthogonale Richtungen, durch welche der Objektraum rasterartig abtastbar ist, ferner mit einer Auswerteeinrichtung, die aus der Laufzeit der ausgesandten optischen Impulse Entfernungs- werte ermittelt, wobei gegebenenfalls ein Bildausgabe-System, vorgesehen ist, auf welchen Bild- elemente wiedergegeben werden,
deren Bildinhalt vorzugsweise eine Funktion des dem jeweiligen Rasterelement zugeordneten Entfernungswertes darstellt und deren Bildschirm-Koordinaten den Koordinaten der Rasterelemente im Objektraum entsprechen
Da bei bekannten Verfahren der oben genannten Art, bzw. bei Geraten zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens jeweils pro Rasterelement ein Entfernungsmesswert zur Verfügung steht, sind im Vergleich zu modernen Laser-Entfernungsmessern (Rangefindern) die mit diesen Systemen erzielbaren Reichweiten, Empfindlichkeiten und auch Genauigkeiten begrenzt Es ist ein Ziel der Erfindung, auch mit Laser-Scanner-Systemen Reichweiten, Empfindlichkeiten und Genau- igkeiten zu erreichen, die mit jenen von modernen Rangefindern vergleichbar sind
Dieses Ziel wird erfindungsgemass dadurch erreicht,
dass die ausgesandten Impulse in an sich bekannter Weise zu Impulspaketen, sogen "Bursts" zusammengefasst sind, wobei jedem Raster- element mindestens ein Burst zugeordnet ist und in einem elektronischen Rechner aus den Emp- fangssignalen der Impulse jedes Bursts und aus der Laufzeit dieser Empfangsimpulse in Bezug auf einen zugehongen Startimpuls ein einem Rasterelement zugeordneter Entfernungswert berechnet wird, wobei vorzugsweise die Taktrate der ausgesendeten optischen Impulse innerhalb eines Bursts mindestens 50 kHz, vorteilhaft mindestens 100 kHz betragt
Vorteilhaft wird durch eine mehrkanal- bzw mehrziel-fahige Zeitintervallmessung fur jeden ein- zelnen Impuls eines Bursts ein Laufzeitintervall bestimmt wird, die in ihrer Gesamtheit eine Tabelle von Laufzeitintervallen definieren,
wobei ein elektronischer Rechner aus diesen Laufzeitintervallen der Impulse jedes Bursts in Bezug auf einen zugehongen Startimpuls mindestens einen, einem Rasterelement zugeordneten Entfernungswert ermittelt
Ein alternatives Verfahren beruht auf einer digitalen Signalverarbeitung, bei welcher in einem elektronischen Rechner aus den zeitdiskreten, digitalisierten und aufaddierten Empfangssignalen der Impulse jedes Bursts ein einem Rasterelement zugeordneter Empfangsimpuls ermittelt und aus der Laufzeit dieses rekonstruierten Empfangsimpulses in Bezug auf einen zugehongen Startimpuls ein Entfernungswert berechnet wird
Vorteilhaft besteht ein Burst aus 2-50,
vorzugsweise 10 Impulsen In einer vorteilhaften Ausge- staltung der Erfindung wird zumindest teilweise wahrend der Impulslücken zwischen zwei Bursts in dem elektronischen Rechner jeweils aus den Empfangssignalen der Impulse des vorhergehenden Bursts ein einem Rasterelement zugeordneter Empfangsimpuls ermittelt und aus der Laufzeit dieses Empfangsimpulses in Bezug auf den zugehörigen Startimpuls ein Entfernungswert berech- net und in einem Speicher zusammen mit den Koordinaten des Raster- bzw Bildelementes abge- legt
Einerseits wird durch eine grosse Zahl von Impulsen pro Burst die Reichweite, Empfindlichkeit und auch Genauigkeit insbesondere dann gesteigert, wenn die Amplituden der Empfangssignale klein sind und auch das Signal-/ Rauschverhältnis ungunstig ist,
auf der anderen Seite wird durch eine grosse Zahl von Impulsen pro Burst die Zeit zur Abtastung eines gegebenen Objektraumes entsprechend verlängert In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird durch eine adapti- ve Bestimmung der Zahl der Impulse pro Burst die Impulszahl und damit die Messzeit den jeweili- gen Bedingungen wahrend einer Messung optimal angepasst.
In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung werden zu diesem Zweck aus den Empfangs- signalen der Bursts eines Scans des Objektraumes die Signalamplituden bzw. die Signal-/ Rausch- verhältnisse der jedem Rasterelement zugeordneten Messwerte ermittelt und gespeichert und die Impulszahlen pro Burst bei den folgenden Scans als Funktion dieser Werte verändert, in dem Sinn, dass bei grossen Signalamplituden bzw Signalrauschverhältnissen eines Rasterelementes die Zahl der Impulse pro Burst und damit die Zeitdauer eines Messzyklus reduziert und bei kleinen Signal-
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amplituden bzw. Signal-/ Rauschverhältnissen die Zahl der Impulse pro Burst erhöht wird, wobei die Scan-Rate der Scan-Einrichtung in Abhängigkeit von der Impulszahl pro Burst variabel ist.
Diese Optimierung der Zahl der Impulse pro Burst und damit Hand in Hand die Änderung der Scan-Rate kann individuell fur die einzelnen Rasterelemente erfolgen, es ist aber auch möglich, diese Anpassung für eine grössere Anzahl von Rasterelementen, z. B. für ganze Zeilen oder auch für das gesamte Abtastfeld bzw. für den ganzen Scan-Zyklus gemeinsam durchzuführen Bei der adaptiven Wahl der Anzahl der Sendeimpulse pro Burst ist es zweckmässig, dass die Bursts eines ersten Scan-Zyklus eine überdurchschnittlich grosse Impulszahl aufweisen, so dass auch unter ungünstigen Bedingungen ein Entfernungs-Messwert für jedes einzelne Rasterelement bestimmbar ist, um daraus abgeleitet für die folgenden Scan-Vorgänge die Parameter der Messung in geeigne- ter Weise bestimmen zu können.
Bei Anwendung von digitalen Signalverarbeitungsverfahren kann es vorteilhaft sein, für jedes Rasterelement Fenster von Speicheradressen, welche Entfernungswerten entsprechen, zu definie- ren, innerhalb welchem Samples der Empfangssignale zur Auswertung herangezogen werden
Vorteile ergeben sich bei digitaler Signalverarbeitung auch dann, wenn zwischen der Sende- Impulsfolgefrequenz und der Samplefrequenz eine relative Phasenverschiebung von d=L/n eingestellt wird, in welcher Formel n eine ganze Zahl, vorzugsweise 5 ist, d die Phasenverschie- bung und L die Periodendauer der Samplefrequenz bedeuten, so dass Samples der digitalisierten Empfangssignale gegeneinander mit einer Periode von n verkämmt sind und die wirksame Sam- plefrequenz um den Faktor n vergrössert erscheint,
wobei in absoluten Werten vorzugsweise die Sendeimpulse in ihrer Phasenlage verschoben werden.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen:
Die Fig. 1 zeigt schematisch eine Scan-Einrichtung gemäss der Erfindung, die Fig 2 und 3 ver- anschaulichen Details dieser Einrichtung. Die Fig. 4 stellt das Blockdiagramm einer Variante der Erfindung mit digitaler Signalverarbeitung dar. Die Fig. 5 und 6 zeigen Diagramme der zugehörigen Sende- und Empfangsimpulse. Fig. 7 veranschaulicht schliesslich ein Blockdiagramm einer alterna- tiven Ausführungsform mit analoger Signalverarbeitung.
Die Einrichtung gemäss Fig 1 umfasst einen aktiven optischen Kanal 1, der im wesentlichen aus einem Laser-Entfernungsmesser be- steht, wie er beispielsweise in der Österreichischen Patentschrift Nr. 405 105 beschrieben ist Der aktive Kanal weist eine Sende-Diode 2 sowie eine Empfangs-Diode 3 auf Durch die Sende-Diode werden Folgen extrem kurzer Laser-Impulse ausgesendet, die an Objekten im Aufnahme-Raum reflektiert werden Die in Richtung der Aufnahme-Einrichtung reflektierte Strahlung wird durch die Empfangs-Diode 3 aufgenommen Im Laser-Entfernungsmesser, bzw. im aktiven Kanal 1 der Einrichtung wird aus der Laufzeit der Laser-Impulse die Entfernung zu dem jeweiligen Objekt ermittelt Der Sende-Diode 2 und der Empfangs-Diode 3 ist jeweils ein optisches Scan-System vorgeschaltet, mit dessen Hilfe der Objektraum abgetastet wird.
Im Interesse einer möglichst übersichtlichen Darstellung ist nur die Scan-Einrichtung für die Empfangs-Diode 3 dargestellt Der auf die Diode 3 auftreffende Strahl 4 wird beispielsweise durch einen Schwingspiegel 5 abgelenkt, der durch einen Aktor 6 angetrieben wird Ein mit dem Aktor 6 verbundener Winkelgeber 7 gibt ein Signal # ab, das von der Stellung des Spiegels 5 abhangt Der durch den Schwingspiegel 5 abge- lenkte Strahl 8 fällt auf die Spiegelfläche eines Spiegelpnsmas 9, das von einem Motor 10 mit hoher Geschwindigkeit angetrieben wird Die jeweilige Winkelposition des Spiegelprismas 9 wird durch einen Sensor 11 gemessen,
die entsprechenden Signale cp werden der Signalverarbeitungs- stufe 12 zugeleitet Durch die Bewegung des Spiegels 5 und des Prismas 9 wird der Objektraum durch den Strahl 13 zeilenförmig abgetastet.
Die Abtasteinrichtung für die Sende-Diode ist analog aufgebaut und tastet den Objektraum in beiden Richtungen synchron und mit gleicher Phasenlage ab, so dass der Strahl 13 und der ent- sprechende Strahl der Sende-Einrichtung im wesentlichen parallel verlaufen. Vorteilhaft weisen die beweglichen optischen Elemente 5 und 9 für den Sende- und Empfangskanal die gleichen An- triebselemente 6 bzw. 10 auf. Es kann zweckmässig sein, den Spiegel 5 und das Prisma 9 axial zu verlängern, so dass Sende- und Empfangskanal dieselben Ablenkeinrichtungen benutzen können.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist der Laser-Entfernungsmesser mit seinen Sende- und Empfangsoptiken und einem rotierenden Spiegelprisma zu einer starren Einheit
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zusammengefasst, die in ihrer Gesamtheit zur Abtastung eines Objektraumes verschwenkt wird.
Durch den aktiven Kanal 1 (Laser-Entfernungsmesser) wird in Kombination mit der Scan-
Einnchtung der Objektraum abgetastet, wobei zu jeder, über die Werte der Winkelgeber 7 und 11 definierten Raumrichtung ein Entfernungswert ermittelt wird. Der entsprechende Datensatz beste- hend aus den Bildkoordinaten und dem zugehongen Entfernungswert wird der Signalverarbei- tungsstufe 12 zugeleitet
Im Strahlengang des Strahles 4 ist zwischen dem Schwingspiegel 5 und der Empfangs-Diode 3 ein Strahlen-Teilungsprisma 14 angeordnet, welches einen Teil der einfallenden Strahlung einer zweiten Photo-Diode 15 zuleitet.
Vorteilhaft weist die Photo-Diode 15 eine unterschiedliche spek- trale Empfindlichkeit auf verglichen mit der Diode 3, die in ihrer spektralen Empfindlichkeit der Sende-Diode 2 angepasst ist Es kann zweckmässig sein, eine Diode fur langwelligeres Infra-Rot einzusetzen, um eine bessere Durchdringung bei Nebel zu erzielen.
Für andere Anwendungsfalle kann eine Photo-Diode fur den sichtbaren Bereich des Spektrums verwendet werden Anstelle einer einzigen Photodiode kann auch ein Photo-Dioden-Tnpel mit Empfindlichkeiten entsprechend den drei Grundfarben eingesetzt werden Die spektralen Empfindlichkeiten können in bekannter Weise durch vorgesetzte Farbfilter oder dichroiische Spiegel angepasst werden Vorteilhaft weist auch der Strahlenteiler 14 eine dichronsche Spiegelfläche 16 auf, durch welche die Strahlung der Laser-Diode 2 im wesentlichen ungehindert passieren kann, wahrend Strahlung, fur welche die Diode 15 eine maximale Empfindlichkeit aufweist, optimal reflektiert wird
Die von der Photodiode 15 bzw dem jeweiligen Photo-Empfanger abgeleiteten Signale be- schreiben in ihrer Gesamtheit ein passives Bild des Objektraumes,
das also beleuchtungsmassig von dem Laser-Licht der Sende-Diode unabhangig ist
Die Signale werden in der mit "Passiver Kanal" bezeichneten Stufe 17 bearbeitet und der Sig- nalverarbeitungsstufe 12 zugeführt, in welcher nun zu jedem, durch die Signale der Sensoren 7 und 11 definierten Punkt nicht nur eine Entfernungs- sondern auch eine Helligkeits- und gegebe- nenfalls eine Farbinformation vorliegt In der Stufe 12 werden die Daten weiter aufbereitet
Die Fig 2 zeigt im Detail wie gemass der Erfindung das Objektfeld abgetastet bzw gescannt wird Der Kopf 20 des Laser-Scanners ist auf einem Stativ 21 angeordnet Abweichend von der in Fig 1 gezeigten Version umfasst der Scanner-Kopf 20 ein rotierendes Spiegelprisma zur Abtastung des schematisch angedeuteten Objektfeldes 22 in Richtung einer Zeile 23 Die zeilenweise Abtas- tung des
Objektfeldes erfolgt durch Verschwenken des beweglichen Teils 20a des Scanner-Kopfes gegenuber dem stationaren, am Stativ 21 befestigten Teil 20b
Die einzelnen Rasterelemente 24 sind im wesentlichen quadratisch mit den Abmessungen von 3 mrad x 3 mrad Abgetastet wird dieses Rasterelement im Gegensatz zum Stand der Technik nicht durch einen einzelnen Lasenmpuls sondern durch eine Vielzahl von Impulsen, in dem vorlie- genden Beispiel von insgesamt 6 Impulsen, die zusammen einen sogen Burst ergeben Die Laser- diode 2 weist ein rechteckiges Feld auf, welches die Laserstrahlung emittiert Der ausgesandte Laserstrahl weist somit keinen Kreisquerschnitt auf, sondern hat eine facherartige Konfiguration In Fig 3 ist ein Rasterelement 24 gezeigt, in welchem mit 25 die balkenformigen, sogen.
"Foot-Pnnts" der einzelnen Laserimpulse dargestellt sind Diese weisen in dem vorliegenden Beispiel die Ab- messungen 3 mrad x 0,5 mrad auf Im einfachsten Fall wird durch Mittelwertbildung aus den reflek- tierten Signalen dieser Impulse ein Empfangssignal fur dieses Rasterelement ermittelt und in weite- rer Folge aus diesem und dem zugehörigen Startimpuls ein Entfernungswert errechnet, der mit den Ablenkwinkeln a und # bzw. den Koordinaten des Rasterelementes in einem Speicher abgelegt wird
Durch den Ersatz eines Einzelimpulses durch eine Vielzahl von Impulsen, einem sogen. Burst kann das Signal-/ Rauschverhältnis verbessert und damit die Empfindlichkeit und Genauigkeit der Messung verbessert werden.
Ein weiterer Vorteil dieses neuen Verfahrens ist die wesentlich erhöh- te Messsicherheit: durch geeignete Algorithmen können bei der Signalverarbeitung sogen "Ausrei- #er" das heisst Messwerte, die vom Mittelwert deutlich abweichen, ausgeblendet, d. h bei der Be- rechnung des Messwertes unterdrückt werden. Durch das neue Verfahren ist überdies eine Reich- weitensteigerung durch eine höhere "False-Alarm-Rate" möglich
In dem obigen Beispiel wird das Objektfeld mit einer Geschwindigkeit von 10 Zeilen pro Minute abgetastet. Infolge der relativ grossen Apertur des Messstrahles und der begrenzten Abmessung des Spiegelpnsmas, können nur rund 33 % einer Umdrehung des Spiegelprismas zur Ablenkung
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des Messstrahles genutzt werden.
Bei einer Zeilen länge von 1,4 rad (80 ) ergibt sich somit eine Messstrahlgeschwindigkeit von 42 rad/ sec Mit Rasterelementen von 3 mrad x 3 mrad und 6 Im- pulsen pro Rasterelement bzw. Burst beträgt die Einzel-Impulsfrequenz (innerhalb eines Bursts) somit 84 kHz.
Die Figur 4 zeigt in Form eines Blockdiagrammes schematisch den Aufbau eines Laser- Scanners gemäss der Erfindung wobei in diesem Diagramm nur die den Ablenkeinheiten nachge- schalteten Systeme dargestellt sind. Mit 30 ist ein Laser-Transmitter bezeichnet, der eine Laserdi- ode 2 ansteuert, welcher eine Optik 31 vorgeschaltet ist, die die Emitterzone des Lasers vorzugs- weise ins Unendliche abbildet. Neben der Sendeoptik 31 ist eine Empfängeroptik 32 vorgesehen, deren optische Achse parallel zu der der Sendeoptik 31 ausgerichtet ist.
Im Strahlengang der Empfängeroptik 32 ist ein Strahlenteilungsprisma 33 vorgesehen Die Empfängeroptik 32 konzen- tnert einerseits die von einem im Strahlengang der Sendeoptik befindlichem Objekt bzw Ziel im allgemeinen diffus reflektierte Strahlung auf eine Empfangsdiode 3 Mit Vorteil wird als Empfangs- diode eine Avalanche-Diode eingesetzt. Vorzugsweise sind Sende- und Empfangsdioden in ihrer spektralen Charakteristik aufeinander abgestimmt, wobei die Empfangsdiode ihre maximale spek- trale Empfindlichkeit in dem Bereich aufweist, in welchem die Sendediode maximal emittiert.
Da die Empfangsdiode 3 aber neben der von der Sendediode emittierten und vom Ziel reflektierten Strah- lung viel Störstrahlung in Form von Tageslicht oder Licht von den verschiedensten Kunstlichtquel- len empfängt, kann es vorteilhaft sein, der Empfangsdiode ein möglichst schmalbandiges, opti- sches Filter vorzusetzen, welches seine maximale Transmission in dem Spektralband aufweist, in welchem der Laser emittiert
Durch das Strahlenteilerprisma 33 wird ein Teil des aus dem Objektraumes abgestrahlten Lich- tes auf eine Empfangsdiode 15 konzentriert.
Vorzugsweise weist das Strahlenteilungsprisma 33 eine dichrousche Verspiegelung auf, welche Strahlung der Wellenlänge der Laserdiode 2 im we- sentlichen ungestört passieren lässt, während kurzwelligere Strahlung, insbes sichtbares Licht zum überwiegenden Teil auf die Diode 15 reflektiert wird. Anstelle einer einzelnen Empfangsdiode 15 kann auch ein Dioden-Tripel vorgesehen sein, deren Dioden in ihrer spektralen Empfindlichkeit auf die 3 Grundfarben abgestimmt sind. Mit einer solchen Variante kann daher parallel zum Entfer- nungsbild (aktiver Kanal) über den zweiten, passiven Kanal ein Schwarz-Weiss- oder Farbbild des Objektfeldes aufgezeichnet werden.
Der Lasertransmitter 30 umfasst einen Impulsgenerator, der die Laserdiode 2 ansteuert. Der Lasertransmitter gibt, wenn er vom Prozessor 34 entsprechend angesteuert wird eine Folge von Laserimpulsen, sogen Bursts ab. Ein solcher Burst kann je nach vom Prozessor gegebenen Befehl 5-50 Impulse umfassen Im Regelfall wird ein solcher Burst etwa 10 Impulse aufweisen Mittels eines vom Prozessor 34 steuerbarem Verzogerungsgenerators 35 können die einzelnen Impulse eines Bursts in ihrer Phasenlage verändert werden, wobei die Phasenverschiebung peno- disch erfolgt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wiederholen sich beispielsweise die Phasenbeziehungen jeweils mit einer Penode von 5 Impulsen.
Die von der Diode 3 empfangenen Signale werden in einer Verstarker- und Analogsignal- prozessorstufe 36 verstärkt und bearbeitet Die auf diese Weise bearbeiteten Signale werden in einem Analog/Digital-Converter 37 mit einer Sample-Frequenz von beispielsweise 60 MHz digitali- siert. Diese gesampelten Echo-Signale werden in einem Speicher 38 abgelegt Zufolge der Pha- senverschiebung der Sendeimpulse eines Bursts gegenüber der Samplefrequenz werden die gesampelten Echosignale in verschiedene Speicherzellen abgelegt. Weist die Phasenverschie- bung wie oben ausgeführt eine Periodizität von 5 Impulsen auf, so wird der gesampelte Puls nach 5 Impulsen auf den vorhergehenden aufaddiert.
Umfasst ein Burst z B 50 Impulse und werden die digitalisierten Impulse mit der Periode 5 "verkammt", so werden jeweils in einer Speicherzelle 10 Digitalwerte aufaddiert und die Sample-Frequenz von 60 MHz erscheint um die Penodenzahl der Verkämmung vergrössert, in dem vorliegenden Beispiel auf 300 MHz, so dass das Abtasttheorem in Bezug auf den rekonstruierten Empfangsimpuls eingehalten werden kann.
Getaktet wird die gesamte Einnchtung durch einen Clock-Generator 52. Der Prozessor 34 und der Datenspeicher 38 sind durch einen Datenbus miteinander verbunden, der schematisch ange- deutet und mit 39 bezeichnet ist. An diesen Datenbus 39 sind ferner ein Programmspeicher 40 für den Prozessor 34 angeschlossen, sowie ein Datenzwischenspeicher 41, in welchen nach einer ersten Auswertung durch den Prozessor 34 Rohdaten abgelegt werden, die am Ende des Mess-
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zyklus ausgelesen werden Aus diesen Rohdaten wird mit im Programmspeicher abgelegten Algorithmen ein Entfernungswert für jedes einzelne Rasterelement ermittelt.
Das von der Diode (bzw. dem Dioden-Tripel) 15 gelieferte Signal wird in der Videoprozes- sorstufe 42 verstärkt und weiter bearbeitet. Dieser Videoprozessor ist über den Bus 39 mit dem Prozessor 34 und den anderen Blocken des Systems insbes. mit dem digitalen Bildspeicher 43 und dem Video-Interface 44 in Verbindung. Die zu den einzelnen Rasterelementen gehorigen Bildkoor- dinaten werden von den beiden Ablenkelektronik-Einheiten 45 und 46 über den Datenbus 39 in das System eingespeist.
Der Prozessor 34 ermittelt aus den Empfangssignalen die Amplitudenwerte, das Signalrausch- verhältnis etc und legt auf Grund dieser Werte die Zahl der Impulse pro Burst fest und steuert den Laser-Transmitter 30 entsprechend an Gleichzeitig wird über den Datenbus 39 ein entsprechender Befehl an die Ablenkelektroniken 45 und 46 gesandt Bei ungünstigen Bedingungen (niedere Amplitude der Empfangsimpulse, geringes Signal-/ Rauschverhältnis, grosse Messwertstreuung) wird die Zahl der Impulse pro Burst erhöht und die Ablenkgeschwindigkeit der Scan-Einnchtung entsprechend reduziert Diese Anpassung kann individuell für jedes einzelne Rasterelement, fur eine Zeile von Rasterelementen oder für den ganzen Scan-Zyklus erfolgen
Die Funktionsweise der neuen Einrichtung bzw.
das neue Messverfahren wird an Hand der Figuren 5 und 6 naher erläutert' Uber eine nicht dargestellte Tnggeremrichtung wird dem Prozes- sor 34 der Befehl zum Auslösen eines Messzyklus erteilt Über den Verzogerungsgenerator 35 wird der Impulsgenerator des Laser-Transmitters 30 so angesteuert, dass er mit einer Impulsfolgefre- quenz von z B 84 kHz einen ersten Burst von beispielsweise 20 Impulsen aussendet.
Es folgt eine Impulslucke, deren Dauer mindestens der der innerhalb derselben auszuführenden Rechenopera- tionen entspricht, worauf der nächste Burst ausgesendet wird Da im allgemeinen die Rechenope- rationen bereits parallel zum Aussenden von Impulsen durchgeführt werden, kann die Impulsslucke auf 1-3 Pulsbreiten reduziert werden
Die Figur 6 veranschaulicht die einzelnen Laser-Sendeimpulse 48, die vom Lasertransmitter 30 ausgesendet werden Die Impulse werden von verschiedenen, im Strahlengang der Sendeoptik befindlichen Objekten reflektiert Durch die Empfangsdiode 3 wird ein mehr oder weniger stark verrauschtes Empfangssignal der Verstärker- und Signalprozessorstufe 36 zugeleitet In diesen Empfangssignalen erscheinen die Echos der Sendeimpulse entsprechend der Zielentfernung und damit der Impulslaufzeit zeitlich versetzt,
im allgemeinen stark gedämpft und vielfach auch in der Kurvenform verzerrt Die Kurvenformanderung kann durch die Geometne des Zieles bedingt sein, so kann eine Abstufung oder eine entsprechende Neigung der reflektierenden Flache des Zieles zur Achse des Sendestrahles zu einer Impulsverbreiterung führen Die Empfangssignale 49 wer- den in dem Analog-Digital-Converter 37 mit einer Sample-Frequenz von ca 60 MHz gesampelt Zwischen der Impulsfolgefrequenz der Sendeimpulse 48 und der Frequenz der Sample-Pulse besteht eine relative Phasenverschiebung d = L / n wobei L die Penodendauer der Samplefre- quenz und n eine ganze Zahl ist Wird n zum Beispiel mit 5 angenommen und von einem stationa- rem Ziel ausgegangen, so wird das Empfangsignal von 5 aufeinanderfolgenden Sendeimpulsen jeweils so zeitversetzt gesampelt, dass diese gegeneinander verkammt sind.
Dieser Vorgang wie- derholt sich mit einer Penode von 5 Impulsen Die wirksame Samplefrequenz wird damit um den Faktor n, in dem obigen Beispiel, um den Faktor 5 vergrössert Die gesampelten und gegeneinan- der verkammten Echosignale werden in die Zellen des Datenspeichers 38 abgelegt Für einen Burst von 20 Sendeimpulsen und einer Verkammung entsprechend einem Faktor 5 werden in einer Zelle jeweils 4 Samplewerte aufaddiert Da die Rauschsignale statistisch auftreten werden sie in bekannter Weise beim Aufaddieren der Digitalsignale gegenüber den systematisch auftretenden Nutzsignalen unterdruckt,
so dass es zu einer deutlichen Verbesserung des Signal-Rauschverhält- nisses kommt
Schon wahrend der Aussendung der einzelnen Impulse eines Bursts und anschliessend in den Impulslücken zwischen 2 Bursts wird durch den Prozessor 34 aus den im Speicher 38 abgelegten Digitalwerten mittels eines im Programmspeicher 40 abgelegten weiteren Algorithmus zum Beispiel durch Berechnung des Maximalwertes des Empfangsimpulses und Ermittlung der Laufzeit in Bezug auf den Zeitpunkt der Aussendung des Sendeimpulses 48 ein Entfernungswert ermittelt Gleichzeitig können noch weitere Signaleigenschaften wie Signalamplitude, Signal-Rauschverhält- nis und / oder Impulsbreite des Echoimpulses berechnet werden.
Diese Daten werden zusammen
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mit den Koordinaten des dem Burst entsprechenden Rasterelementes in dem Rohdatenspeicher 41 abgelegt Der Datenspeicher 38 kann anschliessend gelöscht oder nach dem nächsten Burst mit den Daten desselben überschrieben werden
In Fig. 7 ist, ebenfalls in Form eines Blockdiagramms, eine Variante der oben beschriebenen Ausführung gezeigt. Im Gegensatz zu der in Fig. 4 gezeigten Einrichtung weist die Lösung gemäss Fig 7 keine digitale sondern eine analoge Signalverarbeitung auf. In Fig. 7 werden für Positionen, die mit jenen in Fig. 4 übereinstimmen, gleiche Bezugszeichen verwendet. Durch den Prozessor 34 wird die Laser-Transmitter Elektronik 30 angesteuert.
Entsprechend der vom Prozessor vorgege- benen Impulszahl und Taktfrequenz sendet die Laser-Transmitter Elektronik 30 eine Folge von Impulsen an die Laser-Diode 2, die eine entsprechende Folge von Laser-Licht-Impulsen abgibt Die Emitterzone der Laser-Diode 2 wird durch die Optik 31 im wesentlichen ins Unendliche abgebildet.
Durch eine der Optik vorgesetzte, in dieser Figur nicht dargestellten Ablenkeinheit wird der Laser- strahl in zwei orthogonalen Richtungen zur zeilenweisen Abtastung des Objektfeldes abgelenkt Die von einem Ziel reflektierte Strahlung wird durch eine analog aufgebaute und synchron und phasengleich arbeitende Ablenkeinheit auf die Empfangsoptik 32 geworfen, welche die Strahlung auf ein Strahlenteilerprisma 33 richtet.
Das Strahlenteilerprisma 33 weist eine frequenzselektiv wirkende, dichroiische Verspiegelung 33 a auf, welche das reflektierte infrarote Laserlicht im we- sentlichen ungedämpft passieren lässt Die Laserstrahlung wird daher auf der Empfangsdiode 3 konzentriert, die in ihrer spektralen Empfindlichkeit der Sendediode 2 angepasst ist
Das Ausgangssignal der Empfangsdiode 3 wird in dem Verstärker und Signal-Prozessor 36 verarbeitet und einer Stufe 50 zugeführt, in welcher durch einen Mikroprozessor aus der Laufzeit (Time of Flight / TOF ) in Bezug auf einen von einem Sendeimpuls abgeleiteten Startimpuls ein Entfernungswert ermittelt wird.
Aus den den verschiedenen Impulsen eines Bursts entsprechenden Entfernungswerten berechnet der Prozessor 34 nach vorgegebenen Algorithmen einen einzigen, einem Rasterelement zugeordneten Entfernungswert Dieser Entfernungswert wird durch den Prozessor 34 mit den Koordinaten des Rasterelementes verknüpft, die von den Elektronik-Einhei- ten der Ablenksysteme 45 und 46 abgeleitet werden. Der einem Rasterelement zugeordnete Datensatz wird dann in einem Speicher 41 abgelegt. Das kürzerwellige sichtbare Licht wird durch den dichroiischen Spiegel 33a auf die Diode 15 abgelenkt. An Stelle einer einzelnen Diode 15 kann auch ein Dioden-Tripel vorgesehen sein, deren einzelne Dioden spektrale Empfindlichkeiten ent- sprechend den 3 Grundfarben aufweisen.
Mit einer solchen Anordnung kann daher parallel zu einem sogen Entfernungsbild (aktiver Kanal) ein Schwarz-Weiss- bzw. ein Farb-TV-Bild des Ob- jektfeldes aufgezeichnet werden (passiver Kanal) Das von der Diode 15 abgeleitete Videosignal wird in der Stufe 42 verstärkt und digitalisiert und zusammen mit den Koordinaten des entspre- chenden Rasterelementes in dem digitalen Bildspeicher 43 abgelegt.
Da die über den aktiven Kanal erzeugten Entfernungsbilder und die über den passiven Kanal erzeugten TV-Bilder über die idente Ablenkeinheit aufgenommen werden, sind sie absolut deckungsgleich und können bei einer spateren Bildverarbeitung in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden Zu diesem Zweck kann der Prozessor 34 uber den Datenbus 39 sowohl auf den Speicher 41, in welchem die zu jedem Rasterelement gehörigen Entfernungswerte, als auch auf den Speicher 43 mit der Video- Information zugreifen und diese nach einem vorgegebenen Programm miteinander verknupfen Die auf diese Weise erzeugte Video-Gesamtinformation kann uber das Video-Interface ausgegeben und beispielsweise auf einem Monitor zur Anzeige gebracht werden.
Der Prozessor 34 ermittelt aus den verschiedenen, den einzelnen Impulsen eines Bursts zuge- ordneten Messwerten, Amplitudenwerte, Signal-/ Rauschverhältnisse, Mittelwerte und Streuungen etc. Haben die Messwerte nur geringe Amplitudenwerte oder Signal-/ Rauschverhaltnisse so gibt der Prozessor 34 dem Laser-Transmitter 30 den Befehl, die Impulszahl pro Burst zu vergrössern Gleichzeitig werden über den Bus 39 die Ansteuer-Elektronik-Einheiten 45 und 46 des Scanners im Sinne einer Reduktion der Scan-Rate angesteuert.
Analog wird bei einer grossen Streuung der Messwerte gegenüber dem Mittelwert verfahren Weisen nur wenige Resultate aus den Ergebnissen eines Bursts eine grosse Abweichung gegen- über dem Mittelwert auf so ist anzunehmen, dass solche Ergebnisse auf Fehlmessungen oder Störungen beruhen. Diese Ergebnisse werden daher aus dem Speicher eliminiert und nicht zur weiteren Verarbeitung herangezogen.
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt.