DE102008025825A1 - Processes for high-precision distance measurement - Google Patents

Processes for high-precision distance measurement

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung einer Distanz zu einem Objekt mit einer Strahlungsquelle, mit der Einzelpulse bereitgestellt und die auf das Objekt gerichtet werden, wobei ein Aufnahmemittel zur Detektion der vom Objekt reflektierten Strahlung vorgesehen ist und die Messung der Distanz zum Objekt über die Bestimmung der Laufzeit der Strahlung zwischen Strahlungsquelle und Aufnahmemittel erfolgt. The present invention relates to a method for measuring a distance to an object with a radiation source with which the individual pulses are provided and are directed onto the object, wherein a receiving means is provided for detecting the light reflected from the object radiation and the measurement of the distance to the object on the is carried out determination of the transit time of the radiation between the radiation source and receiving means.
Erfindungsgemäß sind Mittel vorgesehen, mit denen die Einzelpulse als wellenlängen- und zeitkodierte Pulsfolge bereitgestellt und auf das Objekt gesandt werden, wobei die vom Objekt reflektierte Strahlung durch die Aufnahmemittel wellenlängen- und zeitdiskret detektiert werden. According to the invention means are provided with which the individual pulses are provided as wavelength and time pulse sequence encoded and sent to the object, wherein the radiation reflected by the object wavelength- by the receiving means and are detected in time-discrete.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung einer Distanz zu einem Objekt mit einer Strahlungsquelle, mit der Einzelpulse bereitgestellt und die auf das Objekt gerichtet werden, wobei ein Aufnahmemittel zur Detektion der vom Objekt reflektierten Strahlung vorgesehen ist und die Messung der Distanz zum Objekt über die Bestimmung der Laufzeit der Strahlung zwischen Strahlungsquelle und Aufnahmemittel erfolgt. The present invention relates to a method for measuring a distance to an object with a radiation source with which the individual pulses are provided and are directed onto the object, wherein a receiving means is provided for detecting the light reflected from the object radiation and the measurement of the distance to the object on the is carried out determination of the transit time of the radiation between the radiation source and receiving means.
  • Die Messung von Distanzen zwischen einer Messanordnung und einem Objekt basiert auf dem Prinzip der Laufzeitmessung von an dem Messobjekt reflektierter Strahlung. The measurement of distances between a measuring arrangement and an object is based on the principle of transit time measurement of reflected radiation at the measurement object. Die Strahlung kann eine elektromagnetische Welle mit einer Wellenlänge aufweisen, die im sichtbaren Bereich liegt. The radiation may have an electromagnetic wave having a wavelength in the visible range. Bekannt sind ferner Strahlungsquellen, die als Laserstrahlquellen ausgeführt sind und Wellenlängen emittieren, die im nahen oder direktem Infrarotbereich liegen. Also known are radiation sources, which are designed as laser sources and emit wavelengths that are in close or direct infrared range. Anwendungen finden derartige Laufzeitmessungen bei Laser-Entfernungsmessern, bei LIDAR-Systemen, eine dem Radar sehr verwandte Methode zur Entfernungs- und Geschwindigkeitsmessung, wobei auch Laserpistolen der Verkehrspolizei auf dem Prinzip der Laufzeitmessung beruhen. Applications are such delay measurements with laser rangefinders, in LIDAR systems, a radar very used method for distance and speed measurement, and laser guns of the traffic police based on the principle of transit time measurement. Die resultierende Genauigkeit solcher Messsysteme wird durch die Grenzen der technischen Realisierbarkeit sehr kurzer Zeitmessungen begrenzt. The resulting accuracy of such measurement systems is limited by the limits of technical feasibility of a very short time measurements. Insbesondere die Detektion der reflektierten Strahlung in Form von Einzelpulsen weist eine zeitlich endliche Auflösung auf, so dass eine Puls-zu-Puls-Messung nicht in beliebig kurzen Zeitabschnitten erfolgen kann. In particular, the detection of the reflected radiation in the form of individual pulses has a finite time resolution, can not be made in any short time intervals so that a pulse-to-pulse measurement. Um die Genauigkeit darüber hinaus zu steigern, ist bekannt, neben der reinen Laufzeit zusätzliche Informationen zu gewinnen, um die Genauigkeit der Bestimmung der Laufzeit und im Ergebnis die Bestimmung der Distanz weiter zu steigern. To increase the accuracy of beyond, is known to obtain, besides the pure runtime additional information to improve the accuracy of determining the period and as a result determining the distance further. Dies geschieht beispielsweise über die Bestimmung von Interferenzen oder die Messung von Phasenlagen der emittierten Strahlung. This is done, for example, on the determination of interference or the measurement of phase angles of the emitted radiation. Jedoch sind auch einer derartigen Modulation der Einzelpulse Grenzen gesetzt, so dass es wünschenswert ist, die Genauigkeit der Messung von Distanzen weiter zu erhöhen. However, such modulation of the individual pulses are limits, so that it is desirable to increase the accuracy of measurement of distances on.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Messung von Distanzen zu einem Objekt anzugeben, das eine weitere Erhöhung der Messgenauigkeit zur Bestimmung der Distanz zu einem Objekt ermöglicht. It is therefore the object of the present invention to provide a method for measuring distances to an object, which enables to further increase the accuracy of determining the distance to an object.
  • Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren zur Messung einer Distanz zu einem Objekt gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. This object is achieved on the basis of a method for measuring a distance to an object according to the preamble of claim 1 in connection with the characterizing features. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Advantageous developments of the invention are specified in the dependent claims.
  • Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass Mittel vorgesehen sind, mit denen die Einzelpulse als wellenlängen- und zeitkodierte Pulsfolge bereitgestellt und auf das Objekt gesandt werden, wobei die vom Objekt reflektierte Strahlung durch die Aufnahmemittel wellenlängen- und zeitdiskret detektiert werden. The invention includes the technical teaching that means are provided with which the individual pulses are provided as a wavelength- and time encoded pulse sequence and sent to the object, wherein the light reflected from the object radiation wavelength by the receiving means and are detected in time-discrete.
  • Die erfindungsgemäße Wellenlängenkodierung wird anstelle von Phasen- oder Interferenzinformationen mit den von der Strahlungsquelle emittierten Einzelpulsen übermittelt. The wave length coding according to the invention is transmitted in place of phase or interference information with the radiation emitted by the radiation source individual pulses. Zunächst werden Einzelpulse von der Strahlungsquelle emittiert, die durch die erfindungsgemäßen Mittel in eine Folge von Pulsen überführt werden, die sich sowohl hinsichtlich ihrer Wellenlänge als auch in ihrer Zeitfolge voneinander unterscheiden. First, the individual pulses are emitted from the radiation source which are converted by means of the invention in a sequence of pulses, which differ from each other both in wavelength and in their time sequence. Die Zeitkodierung der Einzelpulse bewirkt eine Aufspaltung in mehrere Teilpulse, die gemeinsam eine Pulsfolge bilden. The time encoding of the individual pulses causes a splitting into a plurality of sub-pulses, which together constitute a pulse train. Beispielsweise kann die Pulsfolge aus drei Pulsen bestehen, die jeweils unterschiedliche Farben aufweisen. For example, the pulse train may consist of three pulses, each having different colors. Die Mittel zur Überführung der Einzelpulse in eine Pulsfolge sind derart ausgebildet, dass der Abstand der die Pulsfolge bildenden Farbpulse bekannt ist. The means for transferring the individual pulses in a pulse train are formed such that the distance of the pulse sequence forming color pulses is known. Ferner ist die Wellenlänge der Farbpulse bekannt, so dass die Aussendung der einzelnen Farbpulse zeitlich bekannt und durch das Aufnahmemittel wieder aufgenommen werden, wobei die Zeitauflösung des Aufnahmemittels die Farbpulse unterschiedlicher Wellenlängen differenzieren kann. Further, the wavelength of the color pulses is known, so that the emission of the single color pulses known in time and be resumed by the receiving means, wherein the time resolution of the receiving means can distinguish the color pulses of different wavelengths.
  • Eine vorteilhafte Ausführungsform der Pulsfolge beinhaltet eine Serie von Farbpulsen mit einem jeweils gleichen zeitlichen Abstand, wobei die Einzelpulsdauer der Dauer der Pulsfolge entspricht und durch die Anzahl der Farbpulse der Pulsfolge bestimmt wird. An advantageous embodiment of the pulse sequence includes a series of pulses with a color same respective time interval, wherein the duration of the single pulse duration of the pulse sequence corresponds to and is determined by the number of color pulses of the pulse train. Die Pulsfolgendauer ΔT beschreibt die Summe der jeweiligen zeitlichen Abstände Δt, die zwischen den Farbpulsen liegen. The pulse sequence duration .DELTA.T describes the sum of the respective time intervals At, which lie between the color pulses. Die Anzahl der Farbpulse ist mit K gekennzeichnet, so dass gilt: The number of color pulses is indicated by K, so that: ΔT = K·Δt. AT = K · At.
  • Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist ein Aufnahmemittel auf, das aus wenigstens einer Kamera gebildet wird, die eine Abfolge von Belichtungszeiten vorgibt. A further embodiment of the method according to the invention comprises a receiving means, which is formed from at least one camera, which specifies a sequence of exposure times. Die Belichtungszeiten können beschrieben werden als T N-1 , T N , T N+1 , usw., so dass einzelne Belichtungszeitfenster entstehen. The exposure times can be described as N T-1, T N, T N + 1, etc., so that there are individual exposure time window. Detektiert die Kamera eine Pulsfolge, so können die Farbpulse der Pulsfolge in die einzelnen Belichtungszeitfenster T N-1 , T N und T N-1 , etc. eingeordnet werden, wobei die farblich unterschiedliche Zuordnung der Farbpulse im Folgenden näher beschrieben wird. The camera detects a pulse sequence, the color pulses of the pulse sequence, etc. can be arranged in the individual exposure time window T N-1, T N and T N-1, wherein the color different assignment of the color pulses will be described in more detail below.
  • Die Erhöhung der Messgenauigkeit erfolgt auf dem Prinzip der Zuordnung der Pulsfolgen zu den Belichtungszeitfenstern, wobei die Zuordnung wellenlängenabhängig erfolgt. The increase in the accuracy of measurement carried out on the principle of association of the pulse sequences to the exposure time slots, wherein the allocation is made wavelength-dependent. Somit können einzelne Farbpulse jeweiligen Belichtungszeitfenstern zugeordnet werden. Thus can be assigned to individual color pulses each exposure time windows. Die Belichtungszeitfenster können auch als Zeitschlitze oder so genannte Gates bezeichnet werden. The exposure time windows can be referred to as time slots or so called gates. Die Aufnahme des vom Objekt reflektierten Lichtes erfolgt üblicherweise zeitintegriert in den Gates, wobei die Wahl der zeitlichen Länge eines solchen Gates die Genauigkeit der Laufzeitmessung beeinflusst. The recording of the light reflected from the object is usually time-integrated into the gates, wherein the selection of the time length of such gates affects the accuracy of the transit time measurement. Bei Empfang eines reflektierten Lichtpulses innerhalb eines Gates kann dem Signal nur eine einzige Laufzeit T LAUF zugeordnet werden. Upon receipt of a reflected light pulse within a gate of the signal, only a single run time T run can be assigned. Eine beliebige Reduktion der Belichtungszeit zur Verminderung der Ungenauigkeit der Laufzeitmessung kann dabei nicht erfolgen, da damit gleichzeitig die Anzahl der integrierten Photonen reduziert wird, wobei die Anzahl der innerhalb der Kamera integrierten Photonen auch die Genauigkeit der Laufzeitmessung begrenzt. Any reduction of the exposure time for reducing inaccuracy of the time of flight measurement can not be done here, since at the same time the number of photons integrated is reduced, the number of integrated within the camera photons also limits the accuracy of the transit time measurement. Würde die Zeitdauer eines Belichtungszeitfensters kürzer gewählt, so ist die Anzahl der innerhalb des Belichtungszeitfensters integrierten Photonen nicht groß genug oder die technische Umsetzung noch kürzerer Belichtungszeitfenster ist nicht realisierbar. If the duration of an exposure time window made shorter, the number of integrated within the exposure time window photons is not large enough or the technical implementation of even shorter exposure time window is not feasible. Folglich können zwar kürzere Pulsfolgendauern ΔT durch die Strahlungsquelle bereitgestellt werden, jedoch kann die Position des eingefangenen Einzelpulses innerhalb des Gates nicht bestimmt werden. Consequently, although shorter pulse repetition durations .DELTA.T may be provided by the radiation source, however, the position of the captured individual pulse within the gate can not be determined. Folglich ist die Zeitkonstante der Laufzeitmessung durch die Dauer des Belichtungszeitfensters begrenzt. Consequently, the time constant of the propagation time measurement by the duration of the exposure time window is limited. Wird erfindungsgemäß jedoch der Einzelpuls in wellenlängen- und zeitkodierte Farbpulse überführt und diese als Pulsfolge auf das Objekt gerichtet, reflektiert die Folge der Farbpulse am Objekt und kann von der Kamera aufgenommen werden. According to the invention, however, the single pulse in wavelength and time-coded color pulses and the latter are addressed as a pulse train to the object that reflects the result of the color pulses to the object and can be captured by the camera. Treffen alle einzelnen Farbpulse innerhalb eines Gates ein, so kann die Aussage getroffen werden, dass der Einzelpuls mittig innerhalb des Gates liegt. Take all individual color pulses within a gate one, the statement can be made that the single pulse is centered within the gates.
  • Wird eine Farbe in einem vorgelagerten Gate T N-1 detektiert und zwei übrige Farben im Gate T N , so kann die Aussage getroffen werden, dass der Einzelpuls innerhalb des Gates N angrenzend an das Gate T N-1 liegt. If a color is detected in a preceding gate T N-1 and two other colors in the gate T N, the statement can be made that the one-shot pulse within the gate adjacent N is applied to the gate T N-1. Ebenso ist es möglich, dass ein Farbpuls im Gate T N+1 detektiert wird, und die übrigen Farbpulse im Gate T N . It is also possible that a color pulse in the gate T N + 1 is detected, and the remaining color in the gate pulses T N. Folglich liegt der Einzelpuls im Gate N in angrenzender Nähe zum Gate T N+1 . Consequently, the single-pulse in the gate N is located in adjacent proximity to the gate T N +. 1
  • Infolge dessen kann ein Korrekturterm δ gebildet werden, mit dem die Lage der Pulsfolge innerhalb des Belichtungszeitfensters bestimmt wird, indem die Laufzeit T LAUF des Einzelpulses zunächst einer Laufzeit für ein Belichtungszeitfenster T N zugeordnet wird, und folgend die Korrektur über den Korrekturterm δ vorgenommen wird, so dass gilt: T LAUF = T N + δ. As a result, a correction term can be formed δ, with which the position of the pulse sequence is determined within the exposure time window by the term T DURATION of the single pulse initially a period for an exposure time window T N is assigned, and, following the correction of the correction term is made δ, such that: T = T RUN N + δ.
  • Der Korrekturterm δ kann den Wert –Δt annehmen, wenn einer der Farbpulse in einem dem Belichtungszeitfenster vorgelagertes Belichtungszeitfenster detektiert wird. The correction term can take the value delta T δ, when one of the color pulses is detected in an upstream the exposure time window exposure time window. Hingegen kann der Korrekturterm δ den Wert +Δt annehmen, wenn einer der Farbpulse in einem dem Belichtungszeitfenster nachgelagertes Belichtungszeitfenster detektiert wird. However, the correction term can δ the value + .DELTA.t assume when one of the color pulses is detected in a downstream of the exposure time frame exposure time window. Nur wenn alle Farbpulse im selben Belichtungszeitfenster detektiert werden, nimmt der Korrekturterm δ den Wert 0 an. Only when all the color pulses are detected in the same exposure time window, the correction term δ takes on the 0.
  • Vorteilhafterweise besteht die Pulsfolge aus drei einzelnen, hintereinander folgenden Farbpulsen, wobei die Wellenlängen der Farbpulse den Farben Blau, Grün und Rot entsprechen. Advantageously, the pulse sequence of three individual, successive color pulses, the wavelengths of the color pulses corresponding to the colors blue, green and red. Eine weitere Erhöhung der Genauigkeit der Messung der Distanz zu einem Objekt kann mit einer Pulsfolge ermöglicht werden, die aus mehr als drei Farbpulsen gebildet ist. A further increase in the accuracy of measurement of distance to an object can be made possible with a pulse sequence, which is formed from more than three color pulses. Im Ergebnis nimmt der Korrekturterm δ mehr als drei verschiedene Werte an, wenn ein, zwei oder mehrere Farbpulse in einem vorgelagerten oder nachgelagerten Gate detektiert werden. As a result, the correction term takes δ more than three different values ​​when one, two or more color pulses are detected in an upstream or downstream gate.
  • Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Messung der Distanz zu einem Objekt mit einer Strahlungsquelle zur Bereitstellung einer Folge von Einzelpulsen zur Bestrahlung des Objektes. The invention also relates to a device for measuring the distance to an object with a radiation source for providing a sequence of individual pulses for irradiating the object. Dabei sind Aufnahmemittel zur Detektion der vom Objekt reflektierten Einzelpulse vorgesehen, wobei die Messung der Distanz zum Objekt über die Bestimmung der Laufzeit der Einzelpulse zwischen Strahlungsquelle und Aufnahmemittel erfolgt. Here, recording means are provided for detecting the individual pulses reflected from the object, wherein the measurement of the distance to the object by determining the duration of the individual pulses between the radiation source and receiving means takes place. Hierbei sind Mittel vorgesehen, mit denen die Einzelpulse als wellenlängen- und zeitkodierte Pulsfolge überführbar sind und wobei das Aufnahmemittel die vom Objekt reflektierte Strahlung wellenlängen- und zeitdiskret detektiert. In this case means are provided with which the individual pulses can be transferred as a wavelength- and time-coded pulse train, and wherein the receiving means wavelength- the radiation reflected from the object and time-discrete detected.
  • Die Mittel können als Strahlteiler ausgebildet sein, die die Einzelpulse in mehrere Einzelstrahlen aufteilt, die unterschiedliche Weglängen durchlaufen. The means can be formed as a beam splitter that splits the single pulses into a plurality of individual beams which pass through different path lengths. Durch die unterschiedlichen Weglängen können die Einzelpulse in eine Pulsfolge überführt werden, die durch geeignete Wahl der Verlängerung der Weglängen gleiche Abstände zueinander aufweisen. Due to the different path lengths of the individual pulses can be converted into a pulse train having equal intervals by a suitable choice of the extension of the path lengths from each other. Die von der Strahlungsquelle emittierten Einzelpulse können im Pikosekundenbereich oder im Femtosekundenbereich liegen, so dass die erforderliche Differenz der Weglänge der einzelnen Pulse innerhalb der Pulsfolge technisch in einem begrenzten Bauraum realisierbar ist. The light emitted by the source of radiation individual pulses may be in the picosecond or femtosecond range, so that the required difference in path length of the individual pulses within the pulse train is technically feasible, in a limited installation space.
  • Innerhalb der unterschiedlichen Weglängen sind optisch nichtlineare Materialien angeordnet, durch die die Einzelstrahlen hindurch laufen, um eine Wellenlängentransformation der Einzelstrahlen in unterschiedliche Wellenlängen zu erzielen und eine Pulsfolge farblich und zeitlich diskreter Farbpulse bereitzustellen. Within the different path lengths non-linear optical materials are arranged, through which the individual beams therethrough to achieve a wavelength transformation of the individual beams in different wavelengths and to provide a pulse train color and temporally discrete color pulses. Die optisch nichtlinearen Materialien können eine Wellenlängentransformation in die Farben Blau, Grün oder Rot bewirken, wobei eine der Farben der Grundfarbe des Einzelpulses der Strahlungsquelle entsprechen kann. The optically nonlinear materials can cause a wavelength transformation in the colors blue, green or red, wherein one of the colors of the base color of the single pulse of the radiation source may correspond.
  • Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Further improve the invention are set forth below in more detail together with the description of a preferred embodiment of the invention with reference to FIGS.
  • Es zeigt: It shows:
  • 1 1 eine schematische Ansicht einer Laufzeitmessung unter Verwendung von Einzelpulsen gemäß dem Stand der Technik, wobei eine Aufeinanderfolge mehrerer Belichtungszeitfenster auf einem Zeitstrahl dargestellt ist; a schematic view of a transit time measurement using individual pulses according to the prior art, in which a succession of pluralities of exposure time window is presented on a timeline;
  • 2 2 ein Ausführungsbeispiel einer Laufzeitmessung unter Verwendung von farbkodierten Pulsserien gemäß der vorliegenden Erfindung und an embodiment of a transit time measurement using color-coded pulse series according to the present invention, and
  • 3 3 die schematische Ansicht einer Laufzeitmessung unter Verwendung von drei Einzelpulsen einer Pulsserie verschiedener Farbe, wobei drei Fälle der Detektion der Farbpulse innerhalb benachbarter Gates dargestellt sind. the schematic view of a transit time measurement using three individual pulses of a pulse series of different color, where three cases of detection of the color pulses are shown within adjacent gates.
  • In In 1 1 ist eine Laufzeitmessung unter Verwendung von Einzelpulsen E dargestellt, die dem Stand der Technik entspricht. a transit time measurement using single pulses E is shown, which corresponds to the prior art. Zum Zeitpunkt T = 0 wird der Einzelpuls E von der Strahlungsquelle ausgesandt. At the time t = 0, the single pulse E is emitted from the radiation source. Der als Lichtpuls ausgebildete Einzelpuls reflektiert am Objekt bzw. wird an diesem rückgestreut. Designed as a light pulse reflected by the object or single pulse is backscattered on this. Das rückgestreute Licht wird mit einer Kamera aufgefangen. The backscattered light is collected by a camera. Die Aufnahme des Rückstreulichtes erfolgt dabei zeitintegriert in Belichtungszeitfenstern, die mit T N-1 , T N und T N+1 dargestellt sind. The recording of the backscatter light is effected in time-integrated exposure time windows, which are illustrated with N T-1, T N and T N +. 1 Gemäß der Darstellung wird der Einzelpuls E innerhalb des Belichtungszeitfensters T N detektiert. According to the representation of the single pulse E is detected within the exposure time window T N. Dabei ist es nicht möglich, eine Aussage über die Position des Einzelpulses innerhalb der Dauer des Belichtungszeitfensters T N anzugeben. It is not possible to give a statement about the position of the individual pulse within the duration of the exposure time window T N. Im Folgenden wird in den Below is the 2 2 und and 3 3 ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung angegeben, mit dem die Bestimmung der Lage des Einzelpulses E innerhalb des Belichtungszeitfensters T N möglich ist. indicated an embodiment of the present invention, with the determination of the position of the single pulse E within the exposure time window T N is possible.
  • 2 2 zeigt ein Beispiel einer Laufzeitmessung unter Verwendung von Farbpulsen, wobei drei Farbpulse vorgesehen sind, die eine Pulsfolge darstellen und aus dem Einzelpuls gebildet sind. shows an example of a transit time measurement using color pulses, with three color pulses are provided, which represent a pulse sequence and are formed from the single pulse. Der erste Farbpuls entspricht einer roten Farbe und ist mit R gekennzeichnet, wobei der mittlere, zentrale Farbpuls G die Farbe Grün aufweist und der dritte Farbpuls B eine Wellenlänge aufweist, die der Farbe Blau entspricht. The first color pulse corresponding to a red color and is identified by R, the middle, central color pulse G has the color green and the third color pulse B having a wavelength corresponding to the color blue. Die Farbpulse R, G und B werden zum Zeitpunkt T = 0 von der Strahlungsquelle emittiert. The color pulses R, G, and B are emitted at time T = 0 of the radiation source. Der genaue Zeitpunkt T = 0 entspricht dem grünen Farbpuls, so dass der rote Farbpuls zur Zeit T - Δt, und der blaue Farbpuls zum Zeitpunkt T + Δt emittiert wird. The exact time t = 0 corresponds to the green color pulse, so that the red color pulse at time T - At, and the blue color pulse is emitted at time T + .DELTA.t. Damit entspricht die Anzahl K der Farbpulse drei Farbpulsen. Thus, the number K of the color pulses corresponding to three color pulses. Die Laufzeit t ist wiederum in Belichtungszeitfenster T N-1 , T N und T N+1 aufgeteilt, wobei der blaue Farbpuls B und der grüne Farbpuls G im Belichtungszeitfenster T N und der rote Farbpuls R im Belichtungszeitfenster T N+1 detektiert wird. The travel time t is in turn divided into exposure time window T N-1, T N and T N + 1, wherein the blue color pulse of the green color pulse G is detected N and the red color pulse R in the exposure window of time T N + 1 in the exposure window of time T B and. Damit ist eine Bestimmung der Lage des mittleren, grünen Farbpulses G innerhalb des Belichtungszeitfensters T N bestimmbar, da der zeitliche Abstand Δt zwischen dem grünen Farbpuls G und dem roten Farbpuls R bekannt ist. Thus, a determination of the position of the central, green color G pulse within the exposure time window T N is determined as the time interval At between the green color and the red color pulse G pulse R is known. Da der rote Farbpuls R im Belichtungszeitfenster T N+1 detektiert wird, kann die Aussage getroffen werden, dass der grüne Farbpuls G einen Abstand zur Grenze zum nachgelagerten Belichtungszeitfenster T N+1 aufweisen muss, der maximal dem zeitlichen Abstand Δt entspricht. Since the red color pulse R is detected in the exposure window of time T N + 1, the statement can be made that the green color pulse G must have 1 a distance from the boundary to the downstream exposure time window T N +, the maximum corresponds to the time interval At. Folglich kann die Genauigkeit der Laufzeitmessung mit dem zeitlichen Abstand Δt der einzelnen Farbpulse R, G und B angegeben werden. Consequently, the accuracy of the transit time measurement by the time interval At of the individual color pulses R, G and B can be specified.
  • 3 3 zeigt wiederum die Laufzeitmessung unter Verwendung der Farbpulse R, G und B. Hierbei sind drei Fälle aufgeführt, die im Folgenden beschrieben werden. again shows the transit time measurement using the color pulses R, G and B. Here are listed three cases, which are described below.
  • Betrachtet wird zunächst das mittlere Belichtungszeitfenster T N . The average exposure time window T N will be considered first. Die Dauer des Belichtungszeitfensters entspricht dabei der Pulsfolgendauer ΔT und berechnet sich zu ΔT = K·Δt, wobei Δt den zeitlichen Abstand der Farbpulse zueinander wiedergibt. The duration of the exposure time window corresponds to the pulse sequence duration and .DELTA.T is calculated to .DELTA.T = K * .DELTA.t, where .DELTA.t represents the time interval of the color pulses to each other.
  • Im ersten Fall In the first case I I wird von der Kamera der blaue Farbpuls im Belichtungszeitfenster T N-1 detektiert. is detected by the camera of the blue color pulse in the exposure window of time T N-1. Der zweite, zentrale grüne Farbpuls G ist fett gezeigt und befindet sich im Belichtungszeitfenster T N , wobei der dritte, rote Farbpuls R ebenfalls im Belichtungszeitfenster T N detektiert wird. The second, central green color G pulse is shown in bold and is in the exposure window of time T N, the third, red color pulse R is also detected in the exposure window of time T N. Aufgrund des bekannten zeitlichen Abstandes Δt zwischen den einzelnen Farbpulsen R, G und B befindet sich der grüne Farbpuls G angrenzend an dem Rand des Belichtungszeitfensters T N , der übergeht in das Belichtungszeitfenster T N-1 . Due to the known time interval At between the individual color pulses R, G and B, the green color G pulse is adjacent to the edge of the exposure time window T N, which merges with the exposure window of time T N-1.
  • Im zweiten Fall In the second case II II werden alle drei Farbpulse R, G und B innerhalb des Belichtungszeitfensters T N detektiert. all three color pulses R, G and B are detected within the exposure time window T N. Auch in diesem Fall kann die zeitliche Lage des mittleren, grünen Farbpulses G mit der Genauigkeit des zeitlichen Abstandes Δt angegeben werden, da sowohl der vorgelagerte, blaue Farbpuls B als auch der nachgelagerte, rote Farbpuls R innerhalb des mittleren Belichtungszeitfensters T N detektiert wird. Also in this case, the temporal position of the central, green color pulse G with the accuracy of the time interval .DELTA.t can be specified, since both the upstream, blue color pulse B and the downstream, red color pulse R is detected within the intermediate exposure time window T N.
  • Im dritten Fall In the third case III III wird nur der erste, blaue Farbpuls B sowie der zentrale, grüne Farbpuls G innerhalb des Belichtungszeitfensters T N detektiert. only the first, blue color pulse B and the central, green color G pulse is detected within the exposure time window T N. Der rote Farbpuls R wird im Belichtungszeitfenster T N+1 detektiert, so dass die Aussage getroffen werden kann, dass der zentrale, grüne Farbpuls G an den Rand des Belichtungszeitfensters T N angrenzt, der zum Belichtungszeitfenster T N+1 übergeht. The red color pulse R is detected in the exposure window of time T N + 1, so that the statement can be made that the central, green color pulse G adjacent the edge of the exposure time window T N which transitions to the exposure window of time T N +. 1
  • Im Ergebnis ist die Genauigkeit der Laufzeitmessung zwischen der Aussendung eines Einzelpulses durch die Strahlungsquelle und der Detektion der Strahlung durch die Kamera nach der Reflexion am Objekt mit dem zeitlichen Abstand Δt möglich. As a result, the accuracy of the propagation time measurement between the transmission of a single pulse by the radiation source and the detection of radiation by the camera after reflection from the object by the time interval At is possible. Im vorliegenden Beispiel entspricht die Anzahl K der Farbpulse drei Farbpulsen, wobei bei einer weiteren Erhöhung der Anzahl der Farbpulse, deren zeitliche Gesamtlaufzeit der Pulsfolgendauer ΔT entspricht die Genauigkeiten, weiter erhöht werden. In the present example, the number corresponding to the color K Pulse three color pulses, wherein in a further increase in the number of color pulses, the total time duration of the pulse train duration .DELTA.T corresponds to the accuracy can be further increased.
  • Die vorliegende Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. The present invention is not limited in its implementation to the above-described preferred embodiment. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Rather, a number of variants which make use of the described solution even for basically different configurations.
  • B B
    blauer Farbpuls blue color pulse
    G G
    grüner Farbpuls green color pulse
    R R
    roter Farbpuls red color pulse
    T N-1 T N-1
    vorgelagertes erstes Belichtungszeitfenster upstream first exposure time window
    T N T N
    mittleres, zweites Belichtungszeitfenster mid, second exposure time window
    T N+1 T N + 1
    nachgelagertes drittes Belichtungszeitfenster downstream third exposure time window
    E e
    Einzelpuls Single pulse
    t t
    Laufzeit running time
    K K
    Pulsanzahl in der Pulsfolge Number of pulses in the pulse train
    ΔT .DELTA.T
    Pulsfolgendauer Pulse repetition period
    Δt .delta.t
    zeitlicher Abstand temporal distance
    I I
    erster Fall First case
    II II
    zweiter Fall second case
    III III
    dritter Fall third case

Claims (10)

  1. Verfahren zur Messung einer Distanz zu einem Objekt mit einer Strahlungsquelle, mit der Einzelpulse bereitgestellt und die auf das Objekt gerichtet werden, wobei ein Aufnahmemittel zur Detektion der vom Objekt reflektierten Strahlung vorgesehen ist und die Messung der Distanz zum Objekt über die Bestimmung der Laufzeit der Strahlung zwischen Strahlungsquelle und Aufnahmemittel erfolgt, dadurch gekennzeichnet , dass Mittel vorgesehen sind, mit denen die Einzelpulse als wellenlängen- und zeitkodierte Pulsfolge bereitgestellt und auf das Objekt gesandt werden, wobei die vom Objekt reflektierte Strahlung durch die Aufnahmemittel wellenlängen- und zeitdiskret detektiert werden. A method for measuring a distance to an object with a radiation source with which the individual pulses are provided and are directed onto the object, wherein a receiving means is provided for detecting the light reflected from the object radiation and the measurement of the distance to the object by determining the duration of the radiation occurs between the radiation source and receiving means, characterized in that means are provided with which the individual pulses are provided as a wavelength- and time encoded pulse sequence and sent to the object, wherein the light reflected from the object radiation wavelength by the receiving means and are detected in time-discrete.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wellenlängen- und zeitkodierte Pulsfolge eine Serie von Farbpulsen mit einem jeweiligen zeitlichen Abstand (Δt) aufweist, wobei die Pulsfolgendauer (ΔT) der Dauer der Pulsfolge entspricht und durch die Anzahl (K) der Farbpulse der Pulsfolge bestimmt wird zu A method according to claim 1, characterized in that the wavelength and time encoded pulse sequence having a series of color pulses with a respective time interval (At), wherein the pulse repetition time (At) corresponding to the duration of the burst and by the number (K) of the color pulses of pulse sequence is determined to ΔT = K·Δt. AT = K · At.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmemittel aus wenigstens einer Kamera gebildet wird, die eine Abfolge von Belichtungszeitfenstern (T N-1 , T N , T N+1 ) aufweist, wobei die detektierten Pulsfolgen einzelnen Belichtungszeitfenstern (T N-1 , T N , T N+1 ) zuordnet werden. A method according to claim 1 or 2, characterized in that the receiving means of at least one camera is formed having a sequence of exposure time windows (T N-1, T N, T N + 1), the detected pulse trains each exposure time windows (T N -1, T N, T N + 1) assigns.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuordnung der Pulsfolgen zu den Belichtungszeitfenstern (T N-1 , T N , T N+1 ) wellenlängenabhängig erfolgt, sodass einzelne Farbpulse jeweiligen Belichtungszeitfenstern (T N-1 , T N , T N+1 ) zugeordnet werden. A method according to claim 3, characterized in that the assignment of the pulse sequences to the exposure time windows (T N-1, T N, T N + 1) is wavelength-dependent, so that single color Pulse respective exposure time windows (T N-1, T N, T N + are assigned to 1).
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsfolge aus drei Farbpulsen (B, G, R) gebildet wird, wobei die Wellenlängen der Farbpulse den Farben Blau (B), Grün (G) und Rot (R) entsprechen. A method according to any one of claims 2 to 4, characterized in that the pulse sequence of three color pulses (B, G, R) is formed, wherein the wavelength of the color pulses corresponding to the colors blue (B), green (G) and red (R) ,
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Korrekturterm (δ) vorgesehen ist, welcher aus der Lage der Pulsfolge innerhalb der Belichtungszeitfenster (T N-1 , T N , T N+1 ) bestimmt wird, indem die Laufzeit T LAUF des Einzelpulses zunächst einer Laufzeit für ein Belichtungszeitfenster (T N ) zugeordnet wird, und folgend die Korrektur über den Korrekturterm (δ) vorgenommen wird, wobei gilt: T LAUF = T N + δ. A method according to any one of claims 3 to 5, characterized in that a correction term (δ) is provided, which from the position of the pulse sequence within the exposure window of time (T N-1, T N, T N + 1) is determined by the runtime rUN T of the individual pulse, first a period for an exposure time window (T N) is assigned, and, following the correction of the correction term (δ) is carried out, where: T = T rUN N + δ.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturterm (δ) den Wert –n·Δt annimmt, wenn die Anzahl n einer der Farbpulse in einem dem Belichtungszeitfenster (T N ) vorgelagerten Belichtungszeitfenster (T N-1 ) detektiert wird, wobei der Korrekturterm (δ) den Wert +n·Δt annimmt, wenn die Anzahl n der Farbpulse in einem dem Belichtungszeitfenster (T N ) nachgelagerten Belichtungszeitfenster (T N+1 ) detektiert wird und wobei der Korrekturterm (δ) den Wert 0 annimmt, wenn alle Farbpulse im Belichtungszeitfenster (T N ) selbst detektiert werden. A method according to claim 6, characterized in that the correction term (δ) -n assumes the value · At, when the number n of the color pulses in a the exposure time window (T N) upstream exposure time window (T N-1) is detected, wherein the correction term (δ) assumes the value + n · at, when the number n of the color pulses in a the exposure time window (T N) downstream exposure time window (T N + 1) is detected and wherein the correction term (δ) assumes the value 0 when all (T N) are detected even color pulses in the exposure time window.
  8. Vorrichtung zur Messung der Distanz zu einem Objekt, mit einer Strahlungsquelle zur Bereitstellung einer Folge von Einzelpulsen zur Bestrahlung des Objektes, wobei ein Aufnahmemittel zur Detektion der vom Objekt reflektierten Einzelpulse vorgesehen ist und die Messung der Distanz zum Objekt über die Bestimmung der Laufzeit der Einzelpulse zwischen Strahlungsquelle und Aufnahmemittel erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, mit denen die Einzelpulse als wellenlangen- und zeitkodierte Pulsfolge überführbar sind und wobei das Aufnahmemittel die vom Objekt reflektierte Strahlung wellenlängen- und zeitdiskret detektiert. Device for measuring the distance to an object, with a radiation source for providing a sequence of individual pulses for irradiating the object, wherein a receiving means is provided for detecting the light reflected from the object individual pulses and measurement of the distance to the object by determining the duration of the individual pulses between takes place radiation source and receiving means, characterized in that means are provided with which the individual pulses can be transferred as wellenlangen- and time-coded pulse train, and wherein the receiving means wavelength- the radiation reflected from the object and time-discrete detected.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel Strahlteiler aufweisen, die die Einzelpulse in mehrere Einzelstrahlen aufteilt, die unterschiedliche Weglängen durchlaufen. Device according to claim 8, characterized in that the means comprises beam splitter that splits the single pulses into a plurality of individual beams which pass through different path lengths.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass optisch nichtlineare Materialien vorgesehen sind, durch die die Einzelstrahlen hindurch laufen, um eine Wellenlängentransformation der Einzelstrahlen in unterschiedliche Wellenlängen zu erziehen und eine Pulsfolge farblich und zeitlich diskreter Farbpulse bereitzustellen. Device according to claim 8 or 9, characterized in that optically nonlinear materials are provided, through which the individual beams therethrough to raise a wavelength transformation of the individual beams in different wavelengths and to provide a pulse train color and temporally discrete color pulses.
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