DE2339360A1

DE2339360A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der stellung von vorzugsweise mehreren punkten auf einem objekt

Info

Publication number: DE2339360A1
Application number: DE19732339360
Authority: DE
Inventors: Lars-Erik Lindholm
Original assignee: Selcom AB
Current assignee: Selcom AB
Priority date: 1972-08-04
Filing date: 1973-08-03
Publication date: 1974-02-14
Also published as: FR2194949B1; GB1380537A; FR2194949A1; NL7310666A; JPS49133044A; SE365869B

Description

Firma SELOOM AB in Mölndal (Schweden)

Beschreibung zu Pat en

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Stellung von vorzugsweise mehreren Punkten auf einem Objekt

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Stellung von vorzugsweise mehreren Punkten auf einem stationären oder bewegten Objekt in einem Koordinatensystem mit zwei rechtwinklig zueinander verlaufenden Koordinaten mittels einer Fotozelle der Art, welche bei Beleuchtung zwei kontinuierliche Ausgangssignale aussendet, die eine Funktion der Stellung des leuchtenden Punktes auf der Fotozelle in Richtung der X-Achse sowie der Y-Achse sind. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bisher bekannte Vorrichtungen zur optischen Messung oder Bestimmung der Stellung von bewegten oder stationären Lichtquellen haben beispielsweise von der Filmreproduktion Gebrauch gemacht, an welche sich die von Hand durchgeführte Bestimmung der einzelnen zu betrachtenden Stellungen anschloß. Zusätzlich sind Fernsehtechniken unter Einfluß von Computer-Auswertungen eingesetzt worden, um die Stellungen der betroffenen Punkte zu bestimmen. Es sind ferner auch einfachere Verfahren benutzt worden, wie z.B. die Ausrichtung mittels eines Doppelglases. Diese einfachen Verfahren sind aber nur anwendbar für ganz einfache Zwecke.

0 9 b U 7 / 0 9 0 K

23393G0

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine vollkommen automatische Bestimmung der Stellung von bewegten oder stationären Punkten oder Lichtquellen in sehr einfacher Weise zu erreichen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß das Objekt an jedem der Punkte mit einer Lichtquelle versehen wird*, daß alle Lichtquellen abweichend voneinander intensitätsmoduliert werden, daß das von den Lichtquellen ausgesandte Licht auf die Fotozelle projiziert wird und daß die beiden von der fotozelle abgegebenen Ausgangssignale abhängig von der Modulation in alle von den Lichtquellen erzeugten Komponenten aufgespalten werden, wobei diese Komponenten die Stellung des der betreffenden Lichtquelle entsprechenden Punktes der X-Achse und der Y-Achse definieren.

Zur Durchführung dieses Verfahrens wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung vorgeschlagen, welche sich auszeichnet durch an den Punkten, deren Stellung bestimmt werden soll, angeordnete Lichtquellen, Einrichtungen zur unterschiedlichen Intensitätsmodulation jeder Lichtquelle, ein Linsensystem zum Projizieren des Lichtes der Lichtquellen auf die Fotozelle und elektronische Einrichtungen, welche, abhängig von der durchgeführten Modulation, die Ausgangssignale der Fotozelle in alle von den einzelnen Lichtquellen kommende Komponenten aufteilt, wobei diese Komponenten die Stellung der einzelnen Punkte definieren.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteranspräche, auf die hier Bezug genommen wird.

Im folgenden Teil der Beschreibung sind einige Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes anhand einer Zeichnung beschrieben. Es zeigt:

7 / U 9 (J H

'ί Λ Ί Γ> 1 Γ Π

233bJbO

Fig. 1 eine Explosionsdarstellung einer Fotozelle, wie sie erfindungsgemäß benutzt wird, die in einem lichtdichten Gehäuse untergebracht und mit einem optischen Linsensystem ausgerüstet ist.

Fig. 2 ein Schaltschema mit einem Drei-Kanal-Positionsmesser, der mit intensitätsmodulierten Lichtquellen unterschiedlicher Frequenz arbeitet, und

Fig. 3 ein weiteres Schaltschema mit einem Yier-Kanal-

Positionsmesser, der intensitätsmodulierte Lichtquellen benutzt, wobei die einzelnen Lichtquellen sich unterscheiden durch ihre zeitabhängig modulierte Stellung (Zeitmultiplex).

Wie Fig. 1 zeigt, ist eine Fotozelle 1 in einem Behältnis untergebracht, welches ein Gehäuse 2 und eine Rückwand 3 aufweist. Die Fotozelle 1 ist eine Zelle der Art, die bei Beleuchtung zwei kontinuierliche Ausgangssignale abgibt, welche als Funktion der Stellung eines beleuchteten Punktes auf der Fotozelle in Richtung der X-Achse und der Y-Achse variieren. Die Ausgangssignale werden in Form von elektrischen Strömen über Stifte 4 am Boden der Fotozelle 1 abgegeben und mittels eines Kabels 5 aus dem Gehäuse 2 herausgeführt. Die Fotozelle 1 ist in eine Halterung 6 eingesetzt, welche an der Rückwand 3 befestigt ist. Im Gehäuse 2 ist vor der Fotozelle 1 eine Öffnung 7 vorgesehen, in die ein optisches Linsensystem 8 eingebaut ist. Das Linsensystem 8 projiziert das eintretende Licht auf die Fotozelle.1. Zum Ausrichten des Linsensystems 8 ist in dem Gehäuse 2 zwischen Öffnungen 10 und 11 des Gehäuses 2 bzw. der Rückwand 3 eine Peilvorrichtung 9 untergebracht. An der Öffnung 1 ist ein Okularring 12 für das Auge des Benutzers befestigt. Die Rückwand 3 ist mittels Schrauben 13 mit dem

!s· 7 / 09 Ub

-A-

Gehäuse 2 fest verbunden. Die gesamte Vorrichtung, welche auch als Kamera bezeichnet werden könnte, kann beispielsweise mittels eines Halters 14 an einem nicht gezeigten Ständer befestigt werden, wobei in diesem Falle eine Scheibe 15 zur Erleichterung von Drehbewegungen benutzt wird.

Das Koordinatensystem, in dem die Stellung einer Lichtquelle bestimmt werden soll, steht in einem bestimmten Bezug zur Fotozelle 1, so daß bei Drehung der Fotozelle 1 das Koordinatensystem ebenfalls gedreht wird. Die Fotozelle 1 kann jedoch normalerweise in einem bestimmten Zeitpunkt jeweils nur die Stellung einer Lichtquelle bestimmen. Wenn zwei oder mehr Lichtquellen in dem Bild vorhanden sind (Störlichtquellen können vorhanden sein, wie z.B. eine Raumbeleuchtung), dann ist es bisher nicht möglich, die Stellung der einzelnen Lichtquelle den Ausgangssignalen der Fotozelle 1 zu entnehmen.

Mit Hilfe des anhand der Fig. 2 beschriebenen Verfahrens kann jedoch erreicht werden, daß trotz des Vorhandenseins mehrerer Lichtquellen 16 bis 18 im gleichen Bild aus dem Ausgangssignal der Fotozelle 1 die genaue Stellung jeder einzelnen Lichtquelle 16 bis 18 bestimmt werden kann. Dies wird dadurch möglich, daß jede Lichtquelle 16 bis 18, welche beispielsweise aus einer lichtemittierenden Diode besteht, periodisch intensitätsmoduliert ist. Die drei Lichtquellen 16 bis 18 sind beispielsweise mittels eines üblichen nicht gezeigten elektrischen Oszillators intensitätsmoduliert bei den Frequenzen f^, f₂ und f,. Die Ausgangssignale der Fotozelle 1 werden elektronisch mittels Filtern 19 bis 21 bandgefiltert, wobei die Filter 19 bis 21 jeweils eine der Mittelfrequenzen f.j, f₂ und f- haben. Die aus dem Ausgangssignal der Fotozelle 1 ausgefilterten Signalkomponenten mit den Frequenzen JF₁, f₂ und f~ werden jeweils

Λ 0 9 8 ü 7 / U 9 U U

mittels einer Diode 22 gleichgerichtet und mittels eines Kondensators 23 gefiltert. Aus diesen so erhaltenen Signalen kann nun die jeweilige Stellung jeder der drei Lichtquellen 16 bis 18 bestimmt werden. Lichtquellen mit einer von f^, fp oder f~ abweichenden Modulationsfrequenz haben keinen Einfluß auf das endgültige Ausgangssignal. Fig. 1 zeigt nur die Art und Weise in der eine der Koordinaten bestimmt wird. Da aber die zweite Koordinate analog bestimmt wird, dürfte die hier gegebene Beschreibung des Prinzips ausreichen.

Es ist auch möglich, ein anhand der Pig. 3 dargestelltes Zeitmultiplexverfahren anzuwenden. Bei diesem Beispiel soll die Position von vier Lichtquellen 24 bis 27 bestimmt werden. Dies wird duroh ein aufeinanderfolgendes Einschalten der verschiedenen Lichtquellen 24 bis 27 erreicht, wobei gleichzeitig synchron ein Empfängerausgang 28, der den Ausgängen gemäß Fig. 2 beispielsweise ähnlich sein kann, geschaltet wird. So leuchtet in der Zeit t.. die Lichtquelle 24» in der Zeit t₂ die Lichtquelle 25, in der Zeit t, die Lichtquelle und in der Zeit t, die Lichtquelle 27. Ein Schalter 29 am Empfängerausgang 28 ist in der Zeit t₁ in der Position a, in der Zeit tp in der Position b, in der Zeit t~ in der Position c und in der Zeit t* in der Position d. Die Positionssignale der vier Lichtquellen 24 bis 27 können also von den vier Ausgangsklemmen a bis d des Empfängerschalters 29 abgenommen werden. Wenn das Schalten schnell vor sich geht, beispielsweise 1 Million mal pro Sekunde, dann ist es möglich, praktisch gleichzeitig die Stellung aller vier Lichtquellen 24 bis 27 zu bestimmen. Jeglicher von anderen Lichtquellen herrührender Einfluß kann bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht ausgeschaltet werden.

8 0 7/0 9iJ b

2339350

Die Vorrichtung bietet gänzlich neue Möglichkeiten zum Studium und mittels leicht steuerbarer elektrischer Signale zum Aufzeichnen von Vorgängen, die bisher nur mit Hilfe von schnellen Filmkameras studiert werden konnten. Als Beispiel für ein Anwendungsgebiet, in dem die Vorrichtung sehr nützlich ist, kann der Sport genannt werden. Ein Golfschlag, ein Hoohsprung oder ein Start zu einem 100 m-Lauf können akkurat aufgezeichnet, studiert und von anderen eingeübt werden. Es ist darüber-Mnaus möglich, normale und abnormale Bewegungen von Personen in ihrem täglichen Leben zu studieren, so z.B. die Bewegungen des Kopfes während der Fahrt in einem Motorfahrzeug. Darüberhinaus können bisher noch nicht überschaubare mechanische Prozesse studiert werden.

Aus dem Vorstehenden folgt, daß z.B. die Zahl der Lichtquellen und Kanäle ohne weiteres beträchtlich überschritten werden kann,

U 0 9 δ U 7 / U 9 U b

Claims

Ansprüche

1. ) Verfahren zur Bestimmung der Stellung von vorzugsweise —-' mehreren Punkten auf einem stationären oder bewegten Objekt in einem Koordinatensystem mit zwei rechtwinklig zueinander verlaufenden Koordinaten mittels einer Fotozelle der Art, welche bei Beleuchtung zwei kontinuierliche Ausgangssignale aussendet, die eine Funktion der Stellung eines leuchtenden Punktes auf der Fotozelle in der X-Achse sowie der Y-Achse sind, dadurch gekennzeichnet , daß das Objekt an jedem der Punkte mit einer Lichtquelle versehen wird, daß alle Lichtquellen abweichend voneinander intensitätsmoduliert werden, daß das von den Lichtquellen ausgesandte Licht auf die Fotozelle projiziert wird und daß die beiden von der Fotozelle abgegebenen Ausgangssignale abhängig von der Modulation in alle von den . Lichtquellen erzeugten Komponenten aufgespalten werden, wobei diese Komponenten die Stellung des der betreffenden Lichtquelle entsprechenden Punktes der X-Achse und der Y-Achse definieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Lichtquelle mittels eines periodisch oszillierenden Signals intensitätsmoduliert wird, wobei diese Signale mit voneinander abweichenden Frequenzen oszillieren, und daß die von der Fotozelle abgegebenen Ausgangssignale in unterschiedliche, den Frequenzen der einzelnen modulierten Signale entsprechende Frequenzbereiche bandgefiltert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen einzeln nacheinander geschaltet werden

A 0 9 8 0 7 / Ü 9 U b

und daß die von der Fotozelle abgegebenen Ausgangssignale der Reihe nach synchron mit dem Schalten der Lichtquellen auf den einzelnen Lichtquellen zugeordnete Einrichtungen zur Stellungsbestimmung verteilt werden.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer fotozelle der Art, welche bei Beleuchtung zwei kontinuierliche Ausgangssignale aussendet, die eine Funktion der Stellung eines leuchtenden Punktes auf der Fotozelle in Richtung der X-Achse sowie der Y-Achse sind, gekennzeichnet durch an den Punkten, deren Stellung bestimmt werden soll, angeordnete Lichtquellen (16 bis 18; 24 bis 27), Einrichtungen zur unterschiedlichen Intensitätsmodulation jeder Lichtquelle, ein Linsensystem (8) zum Projizieren des Lichtes der Lichtquellen auf die Fotozelle (1) und elektronische Einrichtungen (19 bis 21; 29), welche, abhängig von der durchgeführten Modulation, die Ausgangssignale der Fotozelle (1) in alle von den einzelnen Lichtquellen (16 bis 18i 24 bis 27) kommende Komponenten aufteilt, wobei diese Komponenten die Stellung der einzelnen Punkte definieren.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen (16 bis 18) je an einen Oszillator angeschlossen sind und daß die elektronischen Einrichtungen, welche die Ausgangssignale der Fotozelle (1) in alle von den einzelnen Lichtquellen kommenden Komponenten aufteilen, für jeden Kanal einen Filter (19, 20, 21), eine Diode (22) sowie einen Kondensator (23) aufweisen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, daduroh gekennzeichnet, daß

4098ü7/Ü9Ub

im Anschluß an die Fotozelle (1) ein Schalter (29) vorgesehen ist, der in Abhängigkeit von der jeweils leuchtenden Lichtquelle (24 bis 27) mit einer dieser Lichtquelle zugeordneten Ausgangsklemme (a, b, c, d) verbindbar ist.

4 0 9 8 I; 7 / U HUb