DE2601642C2

DE2601642C2 - Optischer Korrelator

Info

Publication number: DE2601642C2
Application number: DE19762601642
Authority: DE
Inventors: Ludwig Dr. 6330 Wetzlar Leitz
Original assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Current assignee: Leica Microsystems Holdings GmbH
Priority date: 1976-01-17
Filing date: 1976-01-17
Publication date: 1986-01-02
Also published as: DE2601642A1

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Korrelator mit einer Abbi!dun?snptik zur Erzeugung eines Bildes eines Objektraumes, einem in oder nahe der Bildebene angeordneten Ortsfrequenzfiker und mindestens einem diesem zugeordneten fotoelek.rifchen Empfänger.

Optische Korrelatoren dieses AuJöaus werden in vielfältiger Art zur Messung von Bewegungen und Abständen eingesetzt Sie dienen außerdem zur Überwachung von Räumen (DE-OS 24 25 466). Die zur Bildkorrelation verwendeten Ortsfrequenzfilter weisen in bezug auf die jeweilige Meßkoordinate innerhalb jedes Meßfeldes eine konstant periodische Struktur auf. Bei einer Bewegung des Objektes senkrecht zur Beobachtungsrichtung erhält man dann ein geschwindigkeitsproportionales Meßsignal (DE-OS 22 15 576). Erfolgt die Bewegung schräg auf den Beobachter zu oder von ihm weg, so ergibt sich wegen der auf den Beobachter bezogenen Änderung der Winkelgeschwindigkeit des Objekts ein Meßsignal, das eine mit der perspektivischen Vergrößerung bei Annäherung an den Beobachter zunehmende Objektgeschwindigkeit vortäuscht In der DE-OS 22 35 020 ist vorgeschlagen worden, aus der gemessenen Geschwindigkeitsänderung ein Meßsignal für die Annäherung des Objektes an den Beobachter abzuleiten.

Eine Änderung der perspektivischen Größe des Objekt« ergibt sich auch bei einer Bewegung des Objektes längs der Beobachtungsrichtung. Bei Verwendung eines Ortsfrequenzfilters mit konstant periodischer Teilung würde also auch hier eine Geschwindigkeitsänderung des Objektes vorgetäuscht werden. In der DE-OS 22 15 576 ist daher vorgeschlagen Worden, eine kreisbögenförmige und hinsichtlich des Abstandes zwischen benachbarten Teilungslinien nichtlineare Teilung für das Ortsfrequenzfilter vorzusehen. Man erhält dann ein gleichförmiges, geschwindigkeitsproportionales Meßsignal für eine Objektbewegung senkrecht zu den Teilungslinien.

Ein in gleicher Weise geteiltes Raster mit parallel

zueinander liegenden Rasterstrukturen ist aus der DE- ; PS 6 63 931 bekannt Die in Fahrtrichtung abnehmenden Gitterteilungcabstände erzeugen bei gleichförmiger Geschwindigkeit in Abhängigkeit von der Fahrtrichtung ein Meßsignal unterschiedlicher Frequenz, so daß bei bekannter Geschwindigkeit eine Richtungsericennung möglich ist

In vielen Anwendungsfällen sollen Bewegungen in unterschiedlichen Objekträumen und für unte.schiedliehe Objektentfernungen gemessen werden. Da durch die Abbildungsoptik des optischen Korrektors jedem Objektraum eine bestimmte Fläche des Ortsfrequenzfilters zugeordnet ist, wurde in der DE-OS 22 35 020 vorgeschlagen, das Ortsfrequenzfilter in verschiedene Bets reiche mit Teilungen unterschiedlicher Gitterkonstante und diesen zugeordneten fotoelektrischen Empfängern aufzuteilen. Die durch die perspektivische Größenänderung im Objektbild entstehenden Meßsignalveränderungen sind auch hier vorhanden. Ihre Auswertung soll

M unter anderem durch eine geeignete Auswahl gestaffelt hintereinander liegender Objekträume und eine geeignete Abfrage der Meßsignale berücksichtigt werden. Schwierigkeiten entstehen dabei hinsichtlich der Abgrenzung benachbarter Objekträume und der Unter-

scheidung von Objektbewegungen beim Obergang von einem Objektraum in einen anderen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Korrelation perspektivischer Kriterien des Objekts und seiner Bewegungsbahnen bei der Abbildung und der optischen Filterung im optischen Korrelator verstärkt zu benutzen. Insbesondere soll eine einfache Unterscheidung von Relativbewegungen im Bild ermöglicht werden zwischen Bewegung längs perspektivischer Fluchtlinien und Bewegungen quer zu diesen Fluchtlinien.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß das Ortsfrequenzfilter als Raster ausgebildet ist dessen Strukturen in Richtung der perspektivischen Fluchtlinien des Bildes des Objektraumes und/oder orthogonal zu mindestens einer der Richtlinien verlaufen, wobei die Struktur-Elementgröße und/oder die Abstände zwischen den die Rasterstrulauren bildenden Elementen der Verzerrung der perspektivischen Abbildung entsprechend gewählt sind. In einer besonderen Ausgestaltung können die Rasterstrukturen den Fluchtlinien einer Zentralperspektive folgen. Zur Erzeugung vorzeichenrichtiger Meßsignale ist es vorteilhaft wenn das Ortsfrequenzfilter um eine senkrecht zur Bildfläche stehende, durch den Fluchtpunkt der Zentralperspektive gehende Achse dreiibar gelagert ist

id Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Ortsfrequenzfilters sind in den Figuren ischematisch dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Im einzelnen zeigt
Fig. 1 einen in ein Fahrzeug eingebauten optischen !Korrelator,

F i g. 2 den vom optischen Korrelator aufgenommenen Objektraum,

Fig.3a ein Ortsfrequenzfilter als Amplitudengitter mit auf einen Fluchtpunkt zulaufenden Gitterlinien,

6" Fig.3b ein Ortsfrequenzfilter als Phasengitter mit auf einen Fluchtpunkt zulaufenden Strukturelementen,

F i g. 4 ein Ortsfrequenzfilter mit orthogonal zu einer Fluchtlinie verlaufenden und in Größe und Abstand perspektivisch verzerrten Strukturen und

F i g. 5 ein dem beobachteten Objektraum angepaß-Hes Ortsfrequenzfilter.

In F i g. 1 ist ein Automobil 10 dargestellt in das ein optischer Korrelator 11 mit Abbildungsoptik 11a, Orts-

ί 26 Ol 642

^{3 4}

ffrequenzfilterll/bund fotoelektrischen Empfängern lic durch Berücksichtigung der bekannten Scheimpflug-

eingebaut ist dessen Aufnahmebereich 12 auf den in Bedingung beseitigt werden.

if Fahrtrichtung liegenden Objektraum gerichtet ist Das In F ig. 3b ist eiin nach demselben Prinzip aufgebautes

ti von der Abbildungsoptik des optischen Korrektors ent- Phasengitter dargestellt Die einzelnen Strukturelemen- -äS worfene Bild gleicht beispielsweise der F i g. 2. 5 te sind perspektivisch auf den Fluchtpunkt 21 zulaufen-

ΐ| In F i g. 2 ist eine Fahrbahn 13 dargestellt, die durch de Prismen. Die Größe der Prismenquerschnitte und die

% eine unterbrochene Strichmarkierung 14 für zwei Fahrt- Abstände der Prismenkanten sind entsprechend einer

% richtungen unterteilt ist Das in Fig. 1 gezeigte Auto- perspektivischen Abbildung verzerrt

H mobil 10 befindst sich auf der rechten Fahrbahn. Vor Ein entferntes Objekt dessen Bild beispielsweise ge-

% ihm fährt ein anderes Fahrzeug 15 und auf der linken io nau in eine Lücke !zwischen den opakten Gitterlinien des

% Fahrbahn kommt ihm ein Fahrzeug 16 entgegen. Ortsfrequenzfilters nach F i g. 3a im Bereich nahe dem

ti Nebtn der rechten Fahrbahn liegt noch ein z. B. unbe- Fluchtpunkt hineinpaßt erzeugt ersichtlich bei einem

ΐ? festigter Randstreifen, der durch eine Rinne 18 begrenzt BewegungsverlaulF längs der Fluchtlinien keine Modula-

;:'*' wird. Daran schließt sich noch eine Baumreihe 19 an, aus tion des Lichtflasses, da mit der Größenänderung des

f der ein Fußgänger 20 mit Hund heraustritt is Bildes eine entsprechende Größenänderung der Raster-

:4 Aus der Darstellung ist ersichtlich, daß die Fahrbahn- struktur vorhanden ist Andererseits erzeugt dasselbe

|5 markierung 14, die Fahrbahnbegrenzungen, die Rinne Objekt bei einer Bewegung orthogonal zu den Raster-

H 18 und die Fußpunkte der Baumreihe 19 auf Fluchtlinien strukturen unabhängig von seiner Entfernung immer

ifi liegen, die auf einen im Horizont der Beobachtung lie- dieselbe optimale .Modulation des Lichtflusses.

;i genden nicht dargestellten Fluchtpunkt zulaufen. Aus 20 Das in Fig.4 dargestellte Ortsf^quenzfilter ent-

den Abständen und der Länge der Fahrbahnrnarkic- spricht einer Ausführengsform, bei des die Rasterstruk-

j£ rungslinien 14 wird außerdem deutlich, daß par-JIel zum türen orthogonal zu beispielsweise einer zentralen

ä Horizont verlaufende Begrenzungen entsprechend der Fluchtlinie verlaufen. Die Breite und die Abstände der

vj perspektivischen Abbildung immer näher aneinander hier gezeigten Amplitudenstrukturen entsprechen wie-

;: heranrücken. 25 der der Verzerrung einer perspektivischen Abbildung.

■ Bei fahrendem Automobil 10 läuft dieses Bild des Ob- Ein solches Ortsfrequenzfilter hat den Vorteil, daß nur

jektraumes über das in oder nahe der Bildebene der Objektbewegungen längs der Fluchtlinie eine Lichtmo-

Abbildungsoptik 11a des optischen !Correlators 11 an- dulation erzeugen, die unabhängig von der perspektivi-

geordnete OrtsfrequenzFiIter 116. Dadurch entsteht in sehen Größenveränderung ist

bekannter Weise eine Modulation des durch das Orts- 30 Wendet man die vorstehend erläuterten Grundstruk-

frequenzfilter hindurchtretenden Lichtflusses, aus der in türen der F i g. 3 und 4 auf das in F i g. 2 gezeigte Bild des

ebenfalls bekannter Weise Aussagen über die Relativ- Objektraumes an, so ergibt sich beispielsweise ein Orts-

Bewegungen zum Objektraum abgeleitet werden kön- frequenzfilter der in Fig.5 dargestellten Art, mit dem

nen. die vorangestellten Meßaufgaben gelöst werden kön-

Es ergeben sich z. B. folgende Meßaufgaben: 35 nen. Das Ortsfrequenzfilter nach F i g. 5 enthält im mittle-

a) Alle Querbewegungen aus dem rechts zur Fahr- ren Bereich 22 Strukturen, mit denen Relativbewegunbahn liegenden Raum heraus sollen erfaßt werden. gen zu auf der eigenen Fahrbahn befindlichen Objekten

b) Die Bewegungen auf der Gegenfahrbahn sollen nur gemessen werden können. Die Rasterstrukturen sind dann eir. Signal geben, wenn die Bewegung in Rieh- 40 orthogonal zu der Fluchtlinie der Fahrbahnmarkierung tung auf die eigene Fahrbahn verläuft 14. ,Ts könnte aber z. B. auch die Fluchtlinie der Fahr-

c) Es soll eine Annäherung und die Geschwindigkeit bahnbegrenzung als Bezugslinie gewählt werden. In den der Annäherung an das vorausfahrende Fahrzeug rechts und links angrenzenden Bereichen 23,24 interes-15 oder andere auf der Fahrbahn befindliche Hin- sieren nur Bewegungen, die auf die Fahrbahn gerichtet dernisse festgestellt werden. 45 sind. Dabei sollen beispielsweise noch Cbjekträume in

unterschiedlichen Entfernungen getrennt nachgewiesen

Bei allen genannten Meßaufgaben beeinflussen die werden können. Dazu ist es zweckmäßig, die Bereiche perspektivisch bedingten Größenveränderungen im 23 und 24 weiter zu unterteilen (23', 23", 23'"; 24', 24", Objektraum bei Verwendung von konstant periodisch 24'"), wobei die jeweiligen Ortsfrequenzen der Rastergeteilten Ortsfrequenzfihjrn die Meßsignale. Bei Ver- 50 strukturen noch unterschiedlich gewählt werden könwendung der erfindungsgemäßen Ortsfrequenzfilter nen. Jedem Rasterfeid des Ortsfrequenzfilters werden in nach F i g. 2a und 3b ist dieser Einnuß bei einer Bewe- bekannter Weise fotoelektrische Empfänger zugeord gung in Richtung der Fluchtlinien ersichtlich kompen- net.

siert Zur vorzeichenrichtigen Wiedergabe der Bewegung

F i g. 3a stellt ein Amplitudengitter dar, dessen Struk- 55 in den einzelnen Rpsterfeldern ist es bekannt, der ReIa-

turelemente abwechselnd opake und transparente Git- tivbewegung zwischen Bild und Ortsfrequenüfilter eine

terlinien sind. Die Gitterlinien laufen auf einen Punkt 21 zusätzliche Relativbewegung des Ortsfrequenzfilters zu

zu, der beispielsweise dem Fluchtpunkt des in F i g. 2 überlagern. Bei Verwendung der erfindungsgemäßen

dargestellten Bildes entspricht Die Breite der opaken Ortsfrequenzfilter üach F i g. 3a und 3b ist es zweckmä-

Gitterstriche und der Abstände zwischen diesen Linien 60 Big, als Drehpunkt für die zusätzliche Rasterbewegung

entspricht einer perspektivischen Abbildung eines auf den Fluchtpunkt 21 zu wählen, wozu senkrecht zur Flä-

der Fahrbahn in Fahrtrichtung liegenden, aus parallelen ehe des Ortsfrequenzfilters eine zumindest nahezu

Stegen gebildeten Gitters. Zu beachten ist daß zusatz- durch den Fluchtpunkt gehende Achse vorzusehen ist.

lieh zur räumlich-geometrischen Perspektive bei der Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die relativen

Abbildung noch ems projektive Verzerrung auftritt, die 65 Größenverhältnisse jwischan Bild und Rasterstniktur

dadurch bedingt ist, daß Objektebene und Bildebene, bei der Bewegung des Ortsfrequenzfilters erhalten blei-

wie in F i g. 1 dargestellt, zueinander geneigt sind. Eine ben.

dabei ebenfalls mögliche unscharfe Abbildung kann In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kön-

26 Ol

nen die Rasterstrukturen und die ihnen zugeordneten fotoelektrischen Empfänger zusammengefaßt werden, indem z. B. die opaken Strukturen in den F i g. 3a, 4 und 5 als fotoelektrische Schichten ausgebildet werden.

Eine solche Anordnung bietet sich an, wenn relativ $ grobe Rasterstrukturen für das Ortsfrequenzfilter ausreichen. Dieser Aufbau könnte sich z. B. ergeben, wenn die Korrelation zu vorhandenen Leitmarkierungen im Objektraum (z. B. bei Landebahnen für Flugzeuge, Straßenmarkierungen) festgestellt werden soll. to

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

IS

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55 |§

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Claims

26 Ol 642 Patentansprüche:

1. Optischer Korrelator mit einer Abbildungsoptik zur Erzeugung eines Bildes einet Objektraumes, einem in oder nahe der Bildebene angeordneten Ortsfrequenzfilter und mindestens einem diesem zugeordneten fotoelektrischen Empfänger, dadurch gekennzeichnet, daß das Ortsfrequenzfilter als Raster ausgebildet ist, dessen Strukturen in Richtung der perspektivischen Fluchtlinien des Bildes des Objektraumes und/oder orthogonal zu mindestens einer der Fluchtlinien verlaufen, wobei die Struktur-Elementgröße und/oder die Abstände zwischen den die Rasterstrukturen bildenden Elementen der Verzerrung der perspektivischen Abbildung entsprechend gewählt sind.

2. Optischer Korrelator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rasterstrukturen den Fluchtlinie einer Zentralperspektive folgen.

-3, Optis^er Korrelator nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß das Ortsfrequenzfilter um eine senkrecht zur Bildfläche stehende, durch den Fluchtpunkt der Zentralperspektive gehende Achse drehbar gelagert ist