DE10103861A1 - Object space scanning and recording method based on optical pulse transit time, employs pulse burst packets for each raster element and computer to calculate range - Google Patents

Object space scanning and recording method based on optical pulse transit time, employs pulse burst packets for each raster element and computer to calculate range

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DE10103861A1
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Abstract

Pulses transmitted are assembled into packets or bursts and a burst is allocated to each raster element. In an electronic computer employing defined algorithms, pulses of each burst received, are related to their associated start pulses. Time of transit is determined to calculate the range of each raster element.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Aufnahme eines Objektraumes mit einem opto-elektronischen Entfernungsmesser nach dem Impuls-Laufzeitverfahren mit einer Sen­ deeinrichtung zum Aussenden von optischen, insbes. von Laser-Impulsen und einer Emp­ fangseinrichtung zum Empfangen von optischen Signalen, insbes. von Laserstrahlung, die von im Zielraum befindlichen Objekten reflektiert wird, ferner mit einer Scan-Einrichtung zur, insbesondere kontinuierlichen, Ablenkung der optischen Achsen von Sende- und Emp­ fangseinrichtung in vorzugsweise zwei orthogonale Richtungen, durch welche der Objek­ traum rasterartig abtastbar ist, ferner mit einer Auswerteeinrichtung, die aus der Laufzeit der ausgesandten optischen Impulse Entfernungswerte ermittelt, wobei gegebenenfalls ein Bild­ ausgabe-System, z. B. ein Monitor od. dgl. vorgesehen ist, auf welchen Bildelemente wieder­ gegeben werden, deren Bildinhalt vorzugsweise eine Funktion des dem jeweiligen Rastere­ lement zugeordneten Entfernungswertes darstellt und deren Bildschirm-Koordinaten den Koordinaten der Rasterelementen im Objektraum entsprechen.The invention relates to a method for recording an object space with a opto-electronic rangefinder using the pulse transit time method with a sen deeinrichtung for emitting optical, esp. Laser pulses and an emp capture device for receiving optical signals, esp. Laser radiation, the is reflected by objects located in the target area, furthermore with a scanning device for especially continuous, deflection of the optical axes of transmit and emp catching device in preferably two orthogonal directions through which the object dream can be scanned like a grid, furthermore with an evaluation device which is based on the running time of the emitted optical pulses distance values determined, where appropriate, an image output system, e.g. B. a monitor or the like is provided, on which picture elements again are given, the image content of which is preferably a function of the respective grid element assigned distance value and their screen coordinates the Correspond to the coordinates of the raster elements in the object space.

Da bei bekannten Verfahren der oben genannten Art, bzw. bei Geräten 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 Genauigkei­ ten begrenzt. Es ist ein Ziel der Erfindung, auch mit Laser-Scanner-Systemen Reichweiten, Empfindlichkeiten und Genauigkeiten zu erreichen, die mit jenen von modernen Rangefin­ dern vergleichbar sind.Since in known methods of the type mentioned above, or in devices for implementation of the method described, a distance measurement value for each raster element Is available compared to modern laser rangefinders (range finders) the ranges, sensitivities and accuracy that can be achieved with these systems limited. It is an object of the invention to achieve ranges even with laser scanner systems, To achieve sensitivities and accuracies with those of modern Rangefin which are comparable.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die ausgesandten Impulse in an sich bekannter Weise zu Impulspaketen, sogenannten "Bursts" zusammengefaßt sind, wobei jedem Rasterelement mindestens ein Burst zugeordnet ist und in einem elektronischen Rechner mittels definierter Algorithmen aus den Empfangssignalen der Impulse jedes Bursts und aus der Laufzeit dieser Empfangsimpulse in Bezug auf einen zugehörigen Star­ timpuls ein einem Rasterelement zugeordneter Entfernungswert berechnet wird, wobei vor­ zugsweise die Taktrate der ausgesendeten optischen Impulse innerhalb eines Bursts min­ destens 50 kHz, vorteilhaft mindestens 100 kHz beträgt. This goal is achieved according to the invention in that the emitted pulses in are known to be combined into pulse packets, so-called "bursts", wherein at least one burst is assigned to each raster element and in an electronic one Computer using defined algorithms from the received signals of the pulses each Bursts and from the runtime of these receive pulses in relation to an associated star timpuls a distance value assigned to a raster element is calculated, whereby before preferably the clock rate of the emitted optical pulses within a burst min least 50 kHz, advantageously at least 100 kHz.  

Vorteilhaft wird durch eine mehrkanal- bzw. mehrziel-fähige Zeitintervallmessung für jeden einzelnen Impuls eines Bursts ein Laufzeitintervall bestimmt wird, die in ihrer Gesamtheit eine Tabelle von Laufzeitintervallen definieren, wobei ein elektronischer Rechner mittels de­ finierter Algorithmen aus diesen Laufzeitintervallen der Impulse jedes Bursts in Bezug auf einen zugehörigen Startimpuls mindestens einen, einem Rasterelement zugeordneten Ent­ fernungswert ermittelt.It is advantageous for everyone to have a multi-channel or multi-target capable time interval measurement individual pulse of a burst a transit time interval is determined, which in its entirety define a table of runtime intervals, an electronic computer using de algorithms from these runtime intervals of the pulses of each burst with respect to an associated start pulse at least one Ent assigned to a raster element distance value determined.

Ein alternatives Verfahren beruht auf einer digitalen Signalverarbeitung, bei welcher in einem elektronischen Rechner aus den zeitdiskreten, digitalisierten und aufaddierten Empfangs­ signalen der Impulse jedes Bursts ein einem Rasterelement zugeordneter Empfangsimpuls ermittelt und aus der Laufzeit dieses rekonstruierten Empfangsimpulses in Bezug auf einen zugehörigen Startimpuls ein Entfernungswert berechnet wird.An alternative method is based on digital signal processing, in which in one electronic computers from time-discrete, digitized and added reception signals of the pulses of each burst a receive pulse assigned to a raster element determined and from the runtime of this reconstructed receive pulse in relation to a a distance value is calculated for the associated start pulse.

Vorteilhaft besteht ein Burst aus 2-50, vorzugsweise 10 Impulsen. In einer vorteilhaften Aus­ gestaltung der Erfindung wird zumindest teilweise während der Impulslücken zwischen zwei Bursts in dem elektronischen Rechner mittels definierter Algorithmen jeweils aus den Emp­ fangssignalen der Impulse des vorhergehenden Bursts ein einem Rasterelement zugeordne­ ter Empfangsimpuls ermittelt und aus der Laufzeit dieses Empfangsimpulses in Bezug auf den zugehörigen Startimpuls ein Entfernungswert berechnet und in einem Speicher zusam­ men mit den Koordinaten des Raster- bzw. Bildelementes abgelegt.A burst advantageously consists of 2-50, preferably 10, pulses. In an advantageous way The invention is at least partially designed during the pulse gaps between two Bursts in the electronic computer using defined algorithms from the Emp start signals of the pulses of the previous burst assigned to a raster element ter received pulse determined and based on the runtime of this received pulse a distance value is calculated for the associated start pulse and stored together in a memory men with the coordinates of the raster or image element.

Einerseits wird durch eine große Zahl von Impulsen pro Burst die Reichweite, Empfindlich­ keit und auch Genauigkeit insbesondere dann gesteigert, wenn die Amplituden der Emp­ fangssignale klein sind und auch das Signal-/Rauschverhältnis ungünstig ist, auf der ande­ ren 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 adaptive Bestimmung der Zahl der Impulse pro Burst die Impuls­ zahl und damit die Meßzeit den jeweiligen Bedingungen während einer Messung optimal angepaßt.On the one hand, the range is sensitive by a large number of pulses per burst speed and also accuracy increased especially when the amplitudes of the Emp Catch signals are small and the signal / noise ratio is unfavorable, on the other ren page is by a large number of pulses per burst the time to sample one given object space extended accordingly. In an advantageous development of the Invention is the pulse by an adaptive determination of the number of pulses per burst number and thus the measuring time the respective conditions optimal during a measurement customized.

In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung werden zu diesem Zweck aus den Emp­ fangssignalen der Bursts eines Scans des Objektraumes die Signalamplituden bzw. die Si­ gnal-/Rauschverhältnisse 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. Signal/Rauschverhält­ nissen eines Rasterelementes die Zahl der Impulse pro Burst und damit die Zeitdauer eines Meßzyklus reduziert und bei kleinen Signalamplituden bzw. Signal-/Rauschverhältnissen die Zahl der Impulse pro Burst erhöht wird, wobei die Scan-Rate der Scan-Einrichtung in Ab­ hängigkeit 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 für die ein­ zelnen Rasterelemente erfolgen, es ist aber auch möglich, diese Anpassung für eine größe­ re Anzahl von Rasterelementen, z. B. für ganze Zeilen oder auch für das gesamte Abtastfeld bzw. für den ganzen Scan-Zyklus gemeinsam durchzuführen.In an advantageous embodiment of the invention, the Emp signals of the bursts of a scan of the object space, the signal amplitudes or the Si Signal / noise ratios of the measured values assigned to each raster element are determined and and the number of pulses per burst in the subsequent scans as a function of these Values changed in the sense that with large signal amplitudes or signal / noise ratio nissen of a raster element the number of pulses per burst and thus the duration of one  Measuring cycle reduced and with small signal amplitudes or signal / noise ratios The number of pulses per burst is increased, the scan rate of the scanning device in Ab dependence on the number of pulses per burst is variable. This optimization of the number of impulses per burst and thus hand in hand the change in the scan rate can be customized for the one Individual grid elements are made, but it is also possible to adjust this for one size re number of raster elements, e.g. B. for entire lines or for the entire scanning field or for the entire scan cycle.

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 Ra­ sterelement bestimmbar ist, um daraus abgeleitet für die folgenden Scan-Vorgänge die Pa­ rameter der Messung in geeigneter Weise bestimmen zu können.In the adaptive choice of the number of transmission pulses per burst, it is expedient that the Bursts of a first scan cycle have an above-average number of pulses, so that even under unfavorable conditions a distance measurement for each individual Ra ster element is determinable in order to derive the Pa for the following scanning processes to be able to determine the parameters of the measurement in a suitable manner.

Bei Anwendung von digitalen Signalverarbeitungsverfahren kann es vorteilhaft sein, für je­ des Rasterelement Fenster von Speicheradressen, welche Entfernungswerten entsprechen, zu definieren, innerhalb welchem Samples (Proben) der Empfangssignale zur Auswertung herangezogen werden.When using digital signal processing methods, it can be advantageous for each the raster element window of memory addresses which correspond to distance values, to define within which samples of the received signals for evaluation be used.

Vorteile ergeben sich bei digitaler Signalverarbeitung auch dann, wenn zwischen der Sende- Impulsfolgefrequenz und der Samplefrequenz eine relative Phasenverschiebung von
There are advantages in digital signal processing even if there is a relative phase shift of between the transmit pulse repetition frequency and the sample frequency

d = L/n
d = L / n

eingestellt wird, in welcher Formel n eine ganze Zahl, vorzugsweise 5 ist, d die Phasenver­ schiebung und L die Periodendauer der Samplefrequenz bedeuten, so daß Samples der digitalisierten Empfangssignale gegeneinander mit einer Periode von n verkämmt sind und die wirksame Samplefrequenz um den Faktor n vergrößert erscheint, wobei in absoluten Werten vorzugsweise die Sendeimpulse in ihrer Phasenlage verschoben werden.in which formula n is an integer, preferably 5, d is the phase ver shift and L mean the period of the sample frequency, so that samples of the digitized received signals are intermeshed against each other with a period of n and the effective sample frequency appears to be increased by a factor of n, in absolute terms Values, the transmission pulses are preferably shifted in their phase position.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf die Zeichnung:Further features of the invention result from the following description of some Exemplary embodiments and with reference to the drawing:

Fig. 1 zeigt schematisch eine Scan-Einrichtung gemäß der Erfindung; die Fig. 1 shows schematically a scanning device according to the invention; the

Fig. 2 und 3 veranschaulichen Details dieser Einrichtung; Figures 2 and 3 illustrate details of this device;

Fig. 4 stellt das Blockdiagramm einer Variante der Erfindung mit digitaler Signalverarbeitung dar; die Fig. 4 shows the block diagram of a variant of the invention with digital signal processing; the

Fig. 5 und 6 zeigen Diagramme der zugehörigen Sende- und Empfangsimpulse; und die Fig. 5 and 6 show diagrams of the associated transmit and receive pulses; and the

Fig. 7 veranschaulicht schließlich ein Blockdiagramm einer alternativen Ausführungsform mit analoger Signalverarbeitung., FIG. 7 is a block diagram illustrating an alternative embodiment with analog signal processing.

Die Einrichtung gemäß Fig. 1 umfaßt einen aktiven optischen Kanal 1, der im wesentlichen aus einem Laser-Entfernungsmesser besteht, 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 2 werden Folgen extrem kurzer Laser- Impulse ausgesendet, die an Objekten im Aufnahme-Raum reflektiert werden. Die in Rich­ tung der Aufnahme-Einrichtung reflektierte Strahlung wird durch die Empfangs-Diode 3 auf­ genommen. 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 Sen­ de-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 übersichtli­ chen 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 abge­ lenkt, der durch einen Aktor 6 angetrieben wird. Ein mit dem Aktor 6 verbundener Winkelge­ ber 7 gibt ein Signal α ab, das von der Stellung des Spiegels 4 abhängt. Der durch den Schwingspiegel 4 abgelenkte Strahl 8 fällt auf die Spiegelfläche eines Spiegelprismas 9, das von einem Motor 10 mit hoher Geschwindigkeit angetrieben wird. Die jeweilige Winkelpositi­ on des Spiegelprismas 9 wird durch einen Sensor 11 gemessen; die entsprechenden Signa­ le ϕ werden der Signalverarbeitungsstufe 12 zugeleitet. Durch die Bewegung des Spiegels 4 und des Prismas 9 wird der Objektraum durch den Strahl 13 zeilenförmig abgetastet.The device according to FIG. 1 comprises an active optical channel 1 , which essentially consists of a laser rangefinder, as described, for example, in Austrian Patent No. 405 105. The active channel has a transmit diode 2 and a receive diode 3 . The transmission diode 2 emits sequences of extremely short laser pulses that are reflected on objects in the recording space. The radiation reflected in the device's direction is picked up by the receiving diode 3 . In the laser rangefinder or in the active channel 1 of the device, the distance to the respective object is determined from the transit time of the laser pulses. The sensor de diode 2 and the receiving diode 3 are each preceded by an optical scanning system, with the aid of which the object space is scanned. In the interest of an overview that is as clear as possible, only the scanning device for the receiving diode 3 is shown: the beam 4 impinging on the diode 3 is deflected, for example, by an oscillating mirror 5 which is driven by an actuator 6 . A connected to the actuator 6 Winkelge 7 gives a signal α, which depends on the position of the mirror 4 . The beam 8 deflected by the oscillating mirror 4 falls on the mirror surface of a mirror prism 9 which is driven by a motor 10 at high speed. The respective Winkelpositi on of the mirror prism 9 is measured by a sensor 11 ; the corresponding signals ϕ are fed to the signal processing stage 12 . By moving the mirror 4 and the prism 9 , the object space is scanned in a line shape by the beam 13 .

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 entsprechende Strahl der Sende-Einrichtung im wesentlichen parallel verlaufen. Vorteilhaft weisen die beweglichen optischen Elemente 4 und 9 für den Sende- und Empfangskanal die gleichen Antriebselemente 6 bzw. 10 auf. Es kann zweckmäßig sein, den Spiegel 4 und das Prisma 9 axial zu verlängern, so daß Sende- und Empfangskanal dieselben Ablenkeinrich­ tungen benutzen können. The scanning device for the transmitting diode is constructed analogously and scans the object space in both directions synchronously and with the same phase position, so that the beam 13 and the corresponding beam of the transmitting device run essentially parallel. The movable optical elements 4 and 9 advantageously have the same drive elements 6 and 10 for the transmit and receive channel. It may be appropriate to axially extend the mirror 4 and the prism 9 so that the transmit and receive channels can use the same deflecting lines.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist der Laser-Entfernungsmesser mit sei­ nen Sende- und Empfangsoptiken und einem rotierenden Spiegelprisma zu einer starren Einheit zusammengefaßt, die in ihrer Gesamtheit zur Abtastung eines Objektraumes ver­ schwenkt wird.In another embodiment of the invention, the laser rangefinder is included a transmitting and receiving optics and a rotating mirror prism to a rigid Unit summarized, which ver in its entirety for scanning an object space pivots.

Durch den aktiven Kanal 1 (Laser-Entfernungsmesser) wird in Kombination mit der Scan- Einrichtung der Objektraum abgetastet, wobei zu jeder, über die Werte der Winkelgeber 7 und 11 definierten Raumrichtung ein Entfernungswert ermittelt wird. Der entsprechende Da­ tensatz bestehend aus den Bildkoordinaten und dem zugehörigen Entfernungswert wird der Signalverarbeitungsstufe 12 zugeleitet.The object channel is scanned by the active channel 1 (laser range finder) in combination with the scanning device, a distance value being determined for each spatial direction defined by the values of the angle transmitters 7 and 11 . The corresponding data set consisting of the image coordinates and the associated distance value is fed to the signal processing stage 12 .

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 spektrale Empfindlichkeit auf, verglichen mit der Diode 3, die in ihrer spek­ tralen Empfindlichkeit der Sende-Diode 2 angepaßt ist. Es kann zweckmäßig sein, eine Di­ ode für langwelligeres Infra-Rot einzusetzen, um eine bessere Durchdringung bei Nebel zu erzielen. Für andere Anwendungsfälle kann eine Photo-Diode für den sichtbaren Bereich des Spektrums verwendet werden. Anstelle einer einzigen Photodiode kann auch ein Photo- Dioden-Tripel 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 15 eine dichroiische Spiegelfläche 16 auf, durch welche die Strahlung der Laser-Diode 2 im wesent­ lichen ungehindert passieren kann, während Strahlung, für welche die Diode 15 eine maxi­ male Empfindlichkeit aufweist, optimal reflektiert wird.A beam splitting prism 14 is arranged in the beam path of the beam 4 between the oscillating mirror 5 and the receiving diode 3 , which prism feeds part of the incident radiation to a second photo diode 15 . Advantageously, the photo diode 15 has a different spectral sensitivity compared to the diode 3 , which is adapted in its spectral sensitivity of the transmit diode 2 . It may be useful to use a diode for longer-wave infrared to achieve better penetration in fog. For other applications, a photo diode for the visible range of the spectrum can be used. Instead of a single photodiode, a photo-diode triple with sensitivities corresponding to the three primary colors can also be used. The spectral sensitivities can be adjusted in a known manner by using color filters or dichroic mirrors. Advantageously, the beam splitter 15 has a dichroic mirror surface 16 through which the radiation from the laser diode 2 can pass unhindered in wesent union, while radiation for which the diode 15 has a maximum sensitivity is optimally reflected.

Die von der Photodiode 15 bzw. dem jeweiligen Photo-Empfänger abgeleiteten Signale be­ schreiben in ihrer Gesamtheit ein passives Bild des Objektraumes, das also beleuchtungs­ mäßig von dem Laser-Licht der Sende-Diode unabhängig ist.The signals derived from the photodiode 15 or the respective photoreceiver, in their entirety, write a passive image of the object space, which is therefore illumination-independent of the laser light from the transmitter diode.

Die Signale werden in der mit "Passiver Kanal" bezeichneten Stufe 17 bearbeitet und der Signalverarbeitungsstufe 12 zugeführt, in welcher nun zu jedem, durch die Signale der Sen­ soren 7 und 11 definierten Punkt nicht nur eine Entfernungs- sondern auch eine Helligkeits- und gegebenenfalls eine Farbinformation vorliegt. In der Stufe 12 werden die Daten weiter aufbereitet. The signals are processed in the stage 17 labeled "Passive Channel" and fed to the signal processing stage 12 , in which now for each point defined by the signals from the sensors 7 and 11 not only a distance but also a brightness and possibly a Color information is available. In stage 12 , the data are processed further.

Die Fig. 2 zeigt im Detail wie gemäß 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 Abtastung des Objektfeldes erfolgt durch Verschwenken des beweglichen Teils 20a des Scanner-Kopfes gegenüber dem stationären, am Stativ 21 befestigten Teil 20b. Fig. 2 shows the invention in detail as according to the object field scanned or is scanned. The head 20 of the laser scanner is arranged on a tripod 21 . In contrast to the version shown in FIG. 1, the scanner head 20 comprises a rotating mirror prism for scanning the schematically indicated object field 22 in the direction of a line 23 . The line-by-line scanning of the object field is carried out by pivoting the movable part 20 a of the scanner head relative to the stationary part 20 b fastened to the stand 21 .

Die einzelnen Rasterelemente 24 sind im wesentlichen quadratisch mit den Abmessungen von 3 mrad × 3 mrad. Abgetastet wird dieses Rasterelement im Gegensatz zum Stand der Technik nicht durch einen einzelnen Laserimpuls sondern durch eine Vielzahl von Impulsen, in dem vorliegenden Beispiel von insgesamt sechs Impulsen, die zusammen einen soge­ nannten Burst ergeben. Die Laserdiode 2 weist ein rechteckiges Feld auf, welches die La­ serstrahlung emittiert. Der ausgesandte Laserstrahl weist somit keinen Kreisquerschnitt auf, sondern hat eine fächerartige Konfiguration. In Fig. 3 ist ein Rasterelement 24 gezeigt, in welchem mit 25 die balkenförmigen, sogenannten "Foot-Prints" der einzelnen Laserimpulse dargestellt sind. Diese weisen in dem vorliegenden Beispiel die Abmessungen 3 mrad × 0,5 mrad auf. Im einfachsten Fall wird durch Mittelwertbildung aus den reflektierten Signalen dieser Impulse ein Empfangssignal für dieses Rasterelement ermittelt und in weiterer Folge aus diesem und dem zugehörigen Startimpuls ein Entfernungswert errechnet, der mit den Ablenkwinkeln α und ϕ bzw. den Koordinaten des Rasterelements in einem Speicher abge­ legt wird.The individual grid elements 24 are essentially square with the dimensions of 3 mrad × 3 mrad. In contrast to the prior art, this raster element is scanned not by a single laser pulse but by a large number of pulses, in the present example a total of six pulses, which together result in a so-called burst. The laser diode 2 has a rectangular field which emits the laser radiation. The emitted laser beam therefore does not have a circular cross section, but has a fan-like configuration. In Fig. 3, a screen element 24 is shown, in which 25 the beam-shaped, so-called "foot prints" of the individual laser pulses are shown. In the present example, these have the dimensions 3 mrad × 0.5 mrad. In the simplest case, a received signal for this raster element is determined by averaging the reflected signals of these pulses, and a distance value is then calculated from this and the associated start pulse, which stores the values with the deflection angles α and ϕ or the coordinates of the raster element in a memory becomes.

Durch den Ersatz eines Einzelimpulses durch eine Vielzahl von Impulsen, einem sogenann­ ten Burst, kann das Signal/Rausch-Verhältnis verbessert und die Empfindlichkeit und Genau­ igkeit der Messung erhöht werden. Ein weiterer Vorteil dieses neuen Verfahrens ist die we­ sentlich erhöhte Meßsicherheit: Durch geeignete Algorithmen können bei der Signalverarbei­ tung sogenannte "Ausreißer" - das heißt Meßwerte, die vom Mittelwert deutlich abweichen - ausgeblendet bzw. bei der Berechnung des Meßwertes unterdrückt werden. Durch das neue Verfahren ist überdies eine Reichweitensteigerung durch eine höhere "False-Alarm-Rate" möglich.By replacing a single pulse with a large number of pulses, a so-called ten burst, the signal-to-noise ratio can be improved and the sensitivity and accuracy measurement can be increased. Another advantage of this new process is the we Significantly increased measurement certainty: Suitable algorithms can be used for signal processing so-called "outliers" - that is, measured values that deviate significantly from the mean - hidden or suppressed when calculating the measured value. With the new The procedure is also an increase in range due to a higher "false alarm rate" possible.

In dem obigen Beispiel wird das Objektfeld mit einer Geschwindigkeit von 10 Zeilen pro Mi­ nute abgetastet. Infolge der relativ großen Apertur des Meßstrahles und der begrenzten Abmessung des Spiegelprismas, können nur rund 33% einer Umdrehung des Spiegelpris­ mas zur Ablenkung des Meßstrahles genutzt werden. Bei einer Zeilenlänge von 1,4 rad (80°) ergibt sich somit eine Meßstrahlgeschwindigkeit von 42 rad/sec. Mit Rasterelementen von 3 mrad × 3 mrad und 6 Impulsen pro Rasterelement bzw. Burst beträgt die Einzel- Impulsfrequenz (innerhalb eines Bursts) somit 84 kHz.In the example above, the object field is scanned at a rate of 10 lines per mi grooves scanned. Due to the relatively large aperture of the measuring beam and the limited Dimension of the mirror prism, can only around 33% of a turn of the mirror prism  mas can be used to deflect the measuring beam. With a line length of 1.4 rad (80 °) this results in a measuring beam speed of 42 rad / sec. With grid elements of 3 mrad × 3 mrad and 6 pulses per raster element or burst, the individual Pulse frequency (within one burst) is therefore 84 kHz.

Die Fig. 4 zeigt in Form eines Blockdiagrammes schematisch den Aufbau eines Laser- Scanners gemäß der Erfindung wobei in diesem Diagramm nur die den Ablenkeinheiten nachgeschalteten Systeme dargestellt sind. Mit 30 ist ein Laser-Transmitter bezeichnet, der eine Laserdiode 2 ansteuert, welcher eine Optik 31 vorgeschaltet ist, die die Emitterzone des Lasers vorzugsweise ins Unendliche abbildet. Neben der Sendeoptik 31 ist eine Empfän­ geroptik 32 vorgesehen, deren optische Achse parallel zu der der Sendeoptik 31 ausgerich­ tet ist. Im Strahlengang der Empfängeroptik 32 ist ein Strahlenteilungsprisma 33 vorgesehen. Die Empfängeroptik 32 konzentriert einerseits die von einem im Strahlengang der Sendeop­ tik befindlichem Objekt bzw. Ziel im allgemeinen diffus reflektierte Strahlung auf eine Emp­ fangsdiode 3. Mit Vorteil wird als Empfangsdiode eine Avalanche-Diode eingesetzt. Vor­ zugsweise sind Sende- und Empfangsdioden in ihrer spektralen Charakteristik aufeinander abgestimmt, wobei die Empfangsdiode ihre maximale spektrale Empfindlichkeit in dem Be­ reich aufweist, in welchem die Sendediode maximal emittiert. Da die Empfangsdiode 3 aber neben der von der Sendediode emittierten und vom Ziel reflektierten Strahlung viel Störstrah­ lung in Form von Tageslicht oder Licht von den verschiedensten Kunstlichtquellen empfängt, kann es vorteilhaft sein, der Empfangsdiode ein möglichst schmalbandiges, optisches Filter vorzusetzen, welches seine maximale Transmission in dem Spektralband aufweist, in wel­ chem der Laser emittiert. FIG. 4 shows, in the form of a block diagram, the structure of a laser scanner according to the invention, in which only the systems connected to the deflection units are shown in this diagram. 30 designates a laser transmitter which controls a laser diode 2 , which is preceded by an optics 31 which preferably images the emitter zone of the laser to infinity. In addition to the optical transmission system 31 , a receiver optical system 32 is provided, the optical axis of which is aligned parallel to that of the optical transmission system 31 . A beam splitting prism 33 is provided in the beam path of the receiver optics 32 . The receiver optics 32 , on the one hand, concentrate the radiation, which is generally diffusely reflected by an object or target located in the beam path of the transmission optics, on a receiving diode 3 . An avalanche diode is advantageously used as the receiving diode. Before preferably transmit and receive diodes are matched to one another in their spectral characteristics, the receive diode having its maximum spectral sensitivity in the range in which the transmit diode emits maximally. Since the receiving diode 3 but in addition to the radiation emitted by the transmitting diode and reflected by the target receives a lot of interference radiation in the form of daylight or light from a wide variety of artificial light sources, it can be advantageous to provide the receiving diode with the narrowest possible optical filter, which has its maximum transmission in the spectral band in which the laser emits.

Durch das Strahlenteilerprisma 33 wird ein Teil des aus dem Objektraumes abgestrahlten Lichtes auf eine Empfangsdiode 15 konzentriert. Vorzugsweise weist das Strahlentei­ lungsprisma 33 eine dichroiische Verspiegelung auf, welche Strahlung der Wellenlänge der Laserdiode 2 im wesentlichen 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 Di­ oden in ihrer spektralen Empfindlichkeit auf die drei Grundfarben abgestimmt sind. Mit einer solchen Variante kann daher parallel zum Entfernungsbild (aktiver Kanal) über den zweiten, passiven Kanal ein Schwarz-Weiß- oder Farbbild des Objektfeldes aufgezeichnet werden.Part of the light emitted from the object space is concentrated on a receiving diode 15 by the beam splitter prism 33 . Preferably, the radiation prism 33 has a dichroic mirror coating, which allows radiation of the wavelength of the laser diode 2 to pass essentially undisturbed, while shorter-wave radiation, in particular visible light, is predominantly reflected on the diode 15 . Instead of a single receiving diode 15 , a diode triple can also be provided, the diodes of which are matched in their spectral sensitivity to the three primary colors. With such a variant, a black and white or color image of the object field can therefore be recorded parallel to the distance image (active channel) via the second, passive channel.

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, sogenannte Bursts ab. Ein solcher Burst kann je nach vom Prozessor gegebenen Befehl 5-50 Impulse umfassen. Im Regelfall wird ein solcher Burst etwa 10 Im­ pulse aufweisen. Mittels eines vom Prozessor 34 steuerbarem Verzögerungsgenerators 35 können die einzelnen Impulse eines Bursts in ihrer Phasenlage verändert werden, wobei die Phasenverschiebung periodisch erfolgt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wiederholen sich beispielsweise die Phasenbeziehungen jeweils mit einer Periode von 5 Impulsen.The laser transmitter 30 comprises a pulse generator which drives the laser diode 2 . The laser transmitter emits a sequence of laser pulses, so-called bursts, when it is controlled accordingly by the processor 34 . Such a burst can comprise 5-50 pulses depending on the command given by the processor. As a rule, such a burst will have about 10 pulses. The phase pulses of the individual pulses of a burst can be changed by means of a delay generator 35 which can be controlled by the processor 34 , the phase shift taking place periodically. In a preferred embodiment of the invention, for example, the phase relationships are repeated with a period of 5 pulses.

Die von der Diode 3 empfangenen Signale werden in einer Verstärker- und Analog-Signal­ prozessorstufe 36 verstärkt und bearbeitet. Die auf diese Weise bearbeiteten Signale wer­ den in einem Analog-/Digital-Converter 37 mit einer Sample-Frequenz von beispielsweise 60 MHz digitalisiert. Diese gesampelten Echo-Signale werden in einem Speicher 38 abgelegt. Zufolge der Phasenverschiebung der Sendeimpulse eines Bursts gegenüber der Samplefre­ quenz werden die gesampelten Echosignale in verschiedene Speicherzellen abgelegt. Weist die Phasenverschiebung, 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 "verkämmt", so werden jeweils in einer Speicherzelle 10 Digitalwerte aufaddiert und die Sample-Frequenz von 60 MHz erscheint um die Periodenzahl der Verkämmung vergrößert, in dem vorliegen­ den Beispiel auf 300 MHz, so daß das Abtasttheorem in Bezug auf den rekonstruierten Empfangsimpuls eingehalten werden kann.The signals received by the diode 3 are amplified and processed in an amplifier and analog signal processor stage 36 . The signals processed in this way are digitized in an analog / digital converter 37 with a sample frequency of, for example, 60 MHz. These sampled echo signals are stored in a memory 38 . Due to the phase shift of the transmit pulses of a burst compared to the sample frequency, the sampled echo signals are stored in different memory cells. If, as stated above, the phase shift has a periodicity of 5 pulses, the sampled pulse is added to the previous pulse after 5 pulses. Includes a burst e.g. B. 50 pulses and the digitized pulses with the period 5 "combed", 10 digital values are added to each memory cell and the sample frequency of 60 MHz appears increased by the number of periods of combing, in the present example to 300 MHz , so that the sampling theorem can be adhered to in relation to the reconstructed receive pulse.

Getaktet wird die gesamte Einrichtung durch einen Clock-Generator 52. Der Prozessor 34 und der Datenspeicher 38 sind durch einen Datenbus miteinander verbunden, der schema­ tisch angedeutet und mit 39 bezeichnet ist. An diesen Datenbus 39 sind ferner ein Pro­ grammspeicher 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 Meßzyklus ausgelesen werden. Aus diesen Rohdaten wird mit im Programmspeicher abgelegten Algorithmen ein Entfernungswert für jedes einzelne Rastere­ lement ermittelt.The entire device is clocked by a clock generator 52 . The processor 34 and the data memory 38 are connected to one another by a data bus, which is indicated schematically and is designated by 39 . A program memory 40 for the processor 34 is also connected to this data bus 39 , and a data buffer 41 , in which, after a first evaluation by the processor 34, raw data are stored which are read out at the end of the measuring cycle. A distance value for each individual raster element is determined from this raw data using algorithms stored in the program memory.

Das von der Diode (bzw. dem Dioden-Tripel) 15 gelieferte Signal wird in einer Video-Prozes­ sorstufe 42 verstärkt und weiter bearbeitet. Dieser Videoprozessor ist über den Bus 39 mit dem Prozessor 34 und den anderen Blöcken des Systems, insbesondere mit einem digitalen Bildspeicher 43 und einem Video-Interface 44, in Verbindung. Die zu den einzelnen Raster­ elementen gehörigen Bildkoordinaten werden von den beiden Ablenkelektronik-Einheiten 45 und 46 über den Datenbus 39 in das System eingespeist.The signal supplied by the diode (or the diode triple) 15 is amplified in a video processor level 42 and processed further. This video processor is connected via the bus 39 to the processor 34 and the other blocks of the system, in particular to a digital image memory 43 and a video interface 44 . The image coordinates belonging to the individual raster elements are fed into the system by the two deflection electronics units 45 and 46 via the data bus 39 .

Der Prozessor 34 ermittelt aus den Empfangssignalen die Amplitudenwerte, das Signal/­ Rauschverhältnis etc., 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 Ablenkge­ schwindigkeit der Scan-Einrichtung entsprechend reduziert. Diese Anpassung kann indivi­ duell für jedes einzelne Rasterelement, für eine Zeile von Rasterelementen oder für den ganzen Scan-Zyklus erfolgen.The processor 34 determines the amplitude values, the signal / noise ratio etc. from the received signals, determines the number of pulses per burst on the basis of these values and controls the laser transmitter 30 accordingly. At the same time, a corresponding command is sent to the deflection electronics 45 and 46 via the data bus 39 . In unfavorable conditions (low amplitude of the received pulses, low signal / noise ratio, large measurement value dispersion), the number of pulses per burst is increased and the deflection speed of the scanning device is reduced accordingly. This adjustment can be made individually for each individual raster element, for a row of raster elements or for the entire scan cycle.

Die Funktionsweise der neuen Einrichtung bzw. das neue Meßverfahren wird an Hand der Fig. 5 und 6 näher erläutert: Über eine nicht dargestellte Triggereinrichtung wird dem Prozessor 34 der Befehl zum Auslösen eines Meßzyklus erteilt. Über den Verzögerungsge­ nerator 35 wird der Impulsgenerator des Laser-Transmitters 30 so angesteuert, daß er mit einer Impulsfolgefrequenz von z. B. 84 kHz einen ersten Burst von beispielsweise 20 Impul­ sen aussendet. Es folgt eine Impulslücke, deren Dauer mindestens der der innerhalb dersel­ ben auszuführenden Rechenoperationen entspricht, worauf der nächste Burst ausgesendet wird. Da im allgemeinen die Rechenoperationen bereits parallel zum Aussenden von Impul­ sen durchgeführt werden, kann die Impulslücke auf 1-3 Pulsbreiten reduziert werden.The operation of the new device or the new measuring method is explained in more detail with reference to FIGS . 5 and 6: The processor 34 is given the command to initiate a measuring cycle via a trigger device, not shown. About the delay generator 35 , the pulse generator of the laser transmitter 30 is controlled so that it with a pulse repetition frequency of z. B. 84 kHz sends out a first burst of, for example, 20 pulses. A pulse gap follows, the duration of which corresponds at least to that of the arithmetic operations to be carried out therein, whereupon the next burst is transmitted. Since the arithmetic operations are generally carried out in parallel with the emission of pulses, the pulse gap can be reduced to 1-3 pulse widths.

Die Fig. 6 veranschaulicht die einzelnen Laser-Sendeimpulse 48 (Startimpulse), 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 Signal­ prozessorstufe 36 zugeleitet. In diesen Empfangssignalen erscheinen die Echos der Sen­ deimpulse entsprechend der Zielentfernung und damit der Impulslaufzeit zeitlich versetzt, im allgemeinen stark gedämpft und vielfach auch in der Kurvenform verzerrt. Die Kurvenform­ änderung kann durch die Geometrie des Zieles bedingt sein, so kann eine Abstufung oder eine entsprechende Neigung der reflektierenden Fläche des Zieles zur Achse des Sende­ strahles zu einer Impulsverbreiterung führen. Die Empfangssignale 49 werden in dem Ana­ log-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 entsprechend
FIG. 6 illustrates the individual laser transmission pulses 48 (start pulses) which are emitted by the laser transmitter 30 . The impulses are reflected by various objects located in the beam path of the transmitting optics. A more or less noisy received signal from the amplifier and signal processor stage 36 is fed through the receive diode 3 . In these received signals, the echoes of the sensor deimpulse appear at different times in accordance with the target distance and thus the pulse transit time, generally strongly attenuated and often also distorted in the shape of the curve. The curve shape change can be caused by the geometry of the target, so a gradation or a corresponding inclination of the reflecting surface of the target to the axis of the transmission beam can lead to a pulse broadening. The received signals 49 are sampled in the analog digital converter 37 with a sample frequency of approximately 60 MHz. There is a corresponding phase shift between the pulse repetition frequency of the transmit pulses 48 and the frequency of the sample pulses

d = L/n
d = L / n

wobei
L die Periodendauer der Samplefrequenz und
n eine ganze Zahl ist.
in which
L the period of the sample frequency and
n is an integer.

Wird n zum Beispiel mit 5 angenommen und von einem stationärem Ziel ausgegangen, so wird das Empfangssignal von 5 aufeinanderfolgenden Sendeimpulsen jeweils so zeitversetzt gesampelt, daß diese gegeneinander verkämmt sind. Dieser Vorgang wiederholt sich mit einer Periode von 5 Impulsen. Die wirksame Samplefrequenz wird damit um den Faktor n, in dem obigen Beispiel, um den Faktor 5 vergrößert. Die gesampelten und gegeneinander ver­ kämmten Echosignale werden in die Zellen des Datenspeichers 38 abgelegt. Für einen Burst von 20 Sendeimpulsen und einer Verkämmung entsprechend einem Faktor 5 werden in ei­ ner Zelle jeweils 4 Samplewerte aufaddiert. Da die Rauschsignale statistisch auftreten wer­ den sie in bekannter Weise beim Aufaddieren der Digitalsignale gegenüber den systema­ tisch auftretenden Nutzsignalen unterdrückt, so daß es zu einer deutlichen Verbesserung des Signal/Rauschverhältnisses kommt.If, for example, n is assumed to be 5 and a stationary target is assumed, the reception signal is sampled by 5 successive transmission pulses so that they are intermeshed with one another. This process is repeated with a period of 5 pulses. The effective sample frequency is thus increased by a factor of n, in the example above by a factor of 5. The sampled and intermeshed echo signals are stored in the cells of the data memory 38 . For a burst of 20 transmission pulses and a combing corresponding to a factor of 5, 4 sample values are added up in each cell. Since the noise signals occur statistically, who suppresses them in a known manner when adding up the digital signals compared to the systematic table useful signals, so that there is a significant improvement in the signal / noise ratio.

Schon während der Aussendung der einzelnen Impulse eines Bursts und anschließend in den Impulslücken zwischen zwei 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/Rauschverhältnis und/oder Impulsbreite des Echoimpulses berech­ net werden. Diese Daten werden zusammen mit den Koordinaten des dem Burst entspre­ chenden Rasterelementes in dem Rohdatenspeicher 41 abgelegt. Der Datenspeicher 38 kann anschließend gelöscht oder nach dem nächsten Burst mit den Daten desselben über­ schrieben werden.Already during the transmission of the individual pulses of a burst and then in the pulse gaps between two bursts, the processor 34 uses the digital values stored in the memory 38 by means of a further algorithm stored in the program memory 40 , for example by calculating the maximum value of the received pulse and determining the transit time in A distance value is determined with reference to the time at which the transmission pulse 48 is transmitted. At the same time, further signal properties such as signal amplitude, signal / noise ratio and / or pulse width of the echo pulse can be calculated. This data is stored in the raw data memory 41 together with the coordinates of the raster element corresponding to the burst. The data memory 38 can then be deleted or overwritten with the data after the next burst.

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. A variant of the embodiment described above is shown in FIG. 7, also in the form of a block diagram. In contrast to the device shown in FIG. 4, the solution according to FIG. 7 does not have digital but analog signal processing. In Fig. 7, the same reference numerals are used for positions which correspond to those in Fig. 4.

Durch den Prozessor 34 wird die Laser-Transmitter Elektronik 30 angesteuert. Entsprechend der vom Prozessor vorgegebenen Impulszahl und Taktfrequenz sendet die Laser-Transmit­ ter 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 Laserstrahl in zwei orthogonalen Richtungen zur zeilenweisen Abtastung des Objektfeldes abgelenkt. Die von einem Ziel re­ flektierte Strahlung wird durch eine analog aufgebaute und synchron und phasengleich ar­ beitende Ablenkeinheit auf die Empfangsoptik 32 geworfen, welche die Strahlung auf ein Strahlenteilerprisma 33 richtet. Das Strahlenteilerprisma 33 weist eine frequenzselektiv wir­ kende, dichroiische Verspiegelung 33a auf, welche das reflektierte infrarote Laserlicht im wesentlichen ungedämpft passieren läßt. Die Laserstrahlung wird daher auf der Empfangs­ diode 3 konzentriert, die in ihrer spektralen Empfindlichkeit der Sendediode 2 angepaßt ist.The laser transmitter electronics 30 is controlled by the processor 34 . According to the pulse number and clock frequency specified by the processor, the laser transmitter electronics 30 sends a sequence of pulses to the laser diode 2 , which emits a corresponding sequence of laser light pulses. The emitter zone of the laser diode 2 is imaged essentially by the optics 31 to infinity. The laser beam is deflected in two orthogonal directions by line-by-line scanning of the object field by means of a deflection unit which is arranged in front of the optics and is not shown in this figure. The radiation reflected from a target is thrown by an analog constructed and synchronous and in-phase working deflection unit onto the receiving optics 32 , which directs the radiation onto a beam splitter prism 33 . The beam splitter prism 33 has a frequency-selective effect, dichroic mirroring 33 a, which allows the reflected infrared laser light to pass essentially undamped. The laser radiation is therefore concentrated on the receiving diode 3 , which is adapted in its spectral sensitivity to the transmitter diode 2 .

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-Einheiten der Ablenksysteme 45 und 46 abgeleitet werden.The output signal of the receiving diode 3 is processed in the amplifier and signal processor 36 and fed to a stage 50 , in which a distance value is determined by a microprocessor from the time of flight (TOF) in relation to a start pulse derived from a transmission pulse. From the distance values corresponding to the different pulses of a burst, the processor 34 calculates a single distance value assigned to a raster element according to predetermined algorithms. This distance value is linked by the processor 34 to the coordinates of the raster element, which are derived from the electronic units of the deflection systems 45 and 46 .

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 entsprechend den drei Grundfarben auf­ weisen. Mit einer solchen Anordnung kann daher parallel zu einem sogen. Entfernungsbild (aktiver Kanal) ein Schwarz-Weiß- bzw. ein Farb-TV-Bild des Objektfeldes 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 entsprechenden Rastere­ lementes in dem digitalen Bildspeicher 43 abgelegt. Da die über den aktiven Kanal erzeug­ ten Entfernungsbilder und die über den passiven Kanal erzeugten TV-Bilder über die idente Ablenkeinheit aufgenommen werden, sind sie absolut deckungsgleich und können bei einer späteren Bildverarbeitung in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden. Zu diesem Zweck kann der Prozessor 34 über den Datenbus 39 sowohl auf den Speicher 41, in wel­ chem die zu jedem Rasterelement gehörigen Entfernungswerte, als auch auf den Speicher 43 mit der Video-Information zugreifen und diese nach einem vorgegebenen Programm mit­ einander verknüpfen. Die auf diese Weise erzeugte Video-Gesamtinformation kann über das Video-Interface ausgegeben und beispielsweise auf einem Monitor zur Anzeige gebracht werden.The data record assigned to a raster element is then stored in a memory 41 . The shorter-wave visible light is deflected by the dichroic mirror 33 a on the diode 15 . Instead of a single diode 15 , a triple diode can also be provided, the individual diodes of which have spectral sensitivities corresponding to the three primary colors. With such an arrangement can therefore parallel to a so-called. Distance image (active channel) a black and white or a color TV image of the object field can be recorded (passive channel). The video signal derived from the diode 15 is amplified and digitized in the stage 42 and stored together with the coordinates of the corresponding raster element in the digital image memory 43 . Since the distance images generated via the active channel and the TV images generated via the passive channel are recorded via the identical deflection unit, they are absolutely congruent and can be combined with one another in any subsequent processing. For this purpose, the processor 34 can access, via the data bus 39, both the memory 41 , in which the distance values associated with each raster element, and the memory 43 with the video information, and link them to one another in accordance with a predetermined program. The overall video information generated in this way can be output via the video interface and displayed, for example, on a monitor.

Der Prozessor 34 ermittelt aus den verschiedenen, den einzelnen Impulsen eines Bursts zugeordneten Meßwerten, Amplitudenwerte, Signal/Rauschverhältnisse, Mittelwerte und Streuungen etc. Haben die Meßwerte nur geringe Amplitudenwerte oder Signal-/Rausch­ verhältnisse 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.The processor 34 determines from the various measured values associated with the individual pulses of a burst, amplitude values, signal / noise ratios, mean values and scatterings etc. If the measured values have only low amplitude values or signal / noise ratios, the processor 34 gives the laser transmitter 30 the Command to increase the number of pulses per burst. At the same time, the control electronics units 45 and 46 of the scanner are controlled via bus 39 in the sense of a reduction in the scan rate.

Analog wird bei einer großen Streuung der Meßwerte gegenüber dem Mittelwert verfahren. Weisen nur wenige Resultate aus den Ergebnissen eines Bursts eine große Abweichung gegenüber dem Mittelwert auf, so ist anzunehmen, daß solche Ergebnisse auf Fehlmessun­ gen oder Störungen beruhen. Diese Ergebnisse werden daher aus dem Speicher eliminiert und nicht zur weiteren Verarbeitung herangezogen.The procedure is analogous in the case of a large scatter of the measured values compared to the mean value. If only a few results from the results of a burst have a large deviation compared to the mean, it can be assumed that such results are due to incorrect measurements conditions or malfunctions. These results are therefore eliminated from the memory and not used for further processing.

Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt.The invention is not limited to the examples described above.

Claims (10)

1. Verfahren zur Aufnahme eines Objektraumes mit einem opto-elektronischen Entfer­ nungsmesser nach dem Impuls-Laufzeitverfahren mit einer Sendeeinrichtung zum Aus­ senden von optischen, insbes. von Laser-Impulsen und einer Empfangseinrichtung zum Empfangen von optischen Signalen, insbes. von Laserstrahlung, die von im Zielraum befindlichen Objekten reflektiert wird, ferner mit einer Scan-Einrichtung zur, insbesonde­ re, kontinuierlichen Ablenkung der optischen Achsen von Sende- und Empfangseinrich­ tung in vorzugsweise zwei orthogonale Richtungen, durch welche der Objektraum ra­ sterartig abtastbar ist, ferner mit einer Auswerteeinrichtung, die aus der Laufzeit der ausgesandten optischen Impulse Entfernungswerte ermittelt, wobei gegebenenfalls ein Bildausgabe-System, z. B. ein Monitor od. dgl. vorgesehen ist, auf welchen Bildelemente wiedergegeben werden, deren Bildinhalt vorzugsweise eine Funktion des dem jeweiligen Rasterelement zugeordneten Entfernungswertes darstellt und deren Bildschirm-Koordi­ naten den Koordinaten der Rasterelementen im Objektraum entsprechen, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die ausgesandten Impulse in an sich bekannter Weise zu Impulspa­ keten, sogenannten "Bursts", zusammengefaßt sind, wobei jedem Rasterelement min­ destens ein Burst zugeordnet ist und in einem elektronischen Rechner mittels definierter Algorithmen aus den Empfangssignalen der Impulse jedes Bursts und aus der Laufzeit dieser Empfangsimpulse in Bezug auf einen zugehörigen Startimpuls ein einem Raster­ element zugeordneter Entfernungswert berechnet wird.1. A method for recording an object space with an opto-electronic distance meter according to the pulse transit time method with a transmitter for sending optical, esp. Laser pulses and a receiving device for receiving optical signals, esp. Laser radiation, from objects located in the target area is reflected, furthermore with a scanning device for, in particular, continuous deflection of the optical axes of the transmitting and receiving device in preferably two orthogonal directions, through which the object space can be scanned in a grid-like manner, furthermore with an evaluation device which Distance values are determined from the transit time of the emitted optical pulses, with an image output system, e.g. B. a monitor or the like is provided, on which picture elements are reproduced, the picture content of which preferably represents a function of the distance value assigned to the respective raster element and whose screen coordinates correspond to the coordinates of the raster elements in the object space, characterized in that the emitted Pulses are combined in a known manner to form pulse packs, so-called “bursts”, with each raster element being assigned at least one burst and in an electronic computer using defined algorithms from the received signals of the pulses of each burst and from the transit time of these received pulses in relation a distance value assigned to a raster element is calculated on an associated start pulse. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktrate der ausgesen­ deten optischen Impulse innerhalb eines Bursts mindestens 50 kHz, vorteilhaft minde­ stens 100 kHz beträgt.2. The method according to claim 1, characterized in that the clock rate of the outside optical pulses within a burst at least 50 kHz, advantageously at least is at least 100 kHz. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine mehrka­ nal- bzw. mehrziel-fähige Zeitintervallmessung für jeden einzelnen Impuls eines Bursts ein Laufzeitintervall bestimmt wird, die in ihrer Gesamtheit eine Tabelle von Laufzeitin­ tervallen definieren, wobei ein elektronischer Rechner mittels definierter Algorithmen aus diesen Laufzeitintervallen der Impulse jedes Bursts in Bezug auf einen zugehörigen Startimpuls mindestens einen, einem Rasterelement zugeordneten Entfernungswert ermittelt. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that by a Mehrka Time interval measurement for each individual pulse of a burst a runtime interval is determined, which in its entirety is a table of runtime Define intervals, whereby an electronic computer uses defined algorithms these transit time intervals of the pulses of each burst with respect to an associated one Start pulse at least one distance value assigned to a raster element determined.   4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß 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 Empfangsimpul­ ses in Bezug auf einen zugehörigen Startimpuls ein Entfernungswert berechnet wird.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in an electronic computer from the time-discrete, digitized and added Receive signals of the pulses of each burst associated with a raster element Received pulse determined and from the runtime of this reconstructed received pulse a distance value is calculated in relation to an associated start pulse. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Burst aus 2-50, vorzugsweise 10, Impulsen besteht.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a burst consists of 2-50, preferably 10, pulses. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest teilweise während der Impulslücken zwischen zwei Bursts in dem elektroni­ schen Rechner mittels definierter Algorithmen jeweils aus den Empfangssignalen der Impulse des vorhergehenden Bursts ein einem Rasterelement zugeordneter Emp­ fangsimpuls ermittelt und aus der Laufzeit dieses rekonstruierten Empfangsimpulses in Bezug auf den zugehörigen Startimpuls ein Entfernungswert berechnet und in einem Speicher zusammen mit den Koordinaten des Raster- bzw. Bildelementes abgelegt wird.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that at least partially during the pulse gaps between two bursts in the electronics computer using defined algorithms from the received signals of the Pulses of the previous burst an emp assigned to a raster element catch pulse determined and from the runtime of this reconstructed receive pulse in Based on the associated start pulse, a distance value is calculated and in one Memory stored together with the coordinates of the raster or image element becomes. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Empfangssignalen der Bursts eines Scans des Objektraumes die Signalampli­ tuden bzw. die Signal/Rauschverhältnisse der jedem Rasterelement zugeordneten Meßwerte ermittelt und gespeichert werden und die Impulszahlen pro Burst bei den fol­ genden Scans als Funktion dieser Werte verändert werden, in dem Sinn, daß bei gros­ sen Signalamplituden bzw. Signal/Rauschverhältnissen eines Rasterelementes die Zahl der Impulse pro Burst und damit die Zeitdauer eines Meßzyklus reduziert wird, bei klei­ nen Signalamplituden bzw. Signal/Rauschverhältnissen die Zahl der Impulse pro Burst erhöht wird und die Scan-Rate der Scan-Einrichtung in Abhängigkeit von der Impulszahl pro Burst variabel ist.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the signal ampli from the received signals of the bursts of a scan of the object space or the signal / noise ratios of each grid element Measured values are determined and saved and the number of pulses per burst in the fol scans can be changed as a function of these values, in the sense that with large the signal amplitudes or signal / noise ratios of a raster element the pulses per burst and thus the duration of a measuring cycle is reduced, with small NEN signal amplitudes or signal / noise ratios the number of pulses per burst is increased and the scan rate of the scanning device depending on the number of pulses is variable per burst. 8. Verfahren nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei adaptiver Wahl der Anzahl der Sendeimpulse pro Burst die Bursts eines ersten Scan-Zyklus eine über­ durchschnittlich große Impulszahl aufweisen, so daß auch unter ungünstigen Bedingun­ gen ein Entfernungs-Meßwert bestimmbar ist, um daraus abgeleitet für die folgenden Scan-Vorgänge die Parameter der Messung bestimmen zu können. 8. The method according to claim 7, characterized in that the adaptive choice of Number of transmit pulses per burst over the bursts of a first scan cycle have an average large number of pulses, so that even under unfavorable conditions a measured distance value can be determined in order to be derived for the following Scanning processes to determine the parameters of the measurement.   9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für jedes Rasterelement Fenster von Speicheradressen, welche Entfernungswerten entsprechen, definierbar sind, innerhalb welchen Samples der Empfangssignale zur Auswertung herangezogen werden.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that for each raster element windows of memory addresses, which distance values correspond, definable, within which samples of the received signals for Evaluation can be used. 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß 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 Phasenverschiebung, und
L die Periodendauer der Samplefrequenz bedeuten,
so daß Samples der digitalisierten Empfangssignale gegeneinander mit einer Periode von n verkämmt sind wodurch die wirksame Samplefrequenz um den Faktor n vergrößert er­ scheint, wobei in absoluten Werten vorzugsweise die Sendeimpulse in ihrer Phasenlage verschoben werden.
10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a relative phase shift of between the transmit pulse repetition frequency and the sample frequency
d = L / n
in which formula is set
n is an integer, preferably 5,
d the phase shift, and
L is the period of the sample frequency,
so that samples of the digitized received signals are intermeshed with one another with a period of n, whereby the effective sample frequency appears to be increased by a factor of n, absolute values of the transmit pulses preferably being shifted in their phase position.
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