DE3382596T2

DE3382596T2 - Dreidimensionale entfernungsmessvorrichtung.

Info

Publication number: DE3382596T2
Application number: DE8383901231T
Authority: DE
Inventors: Naoki Shimizu
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-04-16
Filing date: 1983-04-16
Publication date: 1993-03-11
Anticipated expiration: 2003-04-17
Also published as: EP0140972A1; EP0140972B1; WO1984004160A1; US4664512A; EP0140972A4; DE3382596D1

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft und bezieht sich auf das Messen der Positionen von Punkten in einem dreidimensionalen Raum.

STAND DER TECHNIK

Es gibt verschiedene herkömmliche Techniken, auf die die Erfindung gerichtet ist.
Eine erste Technik berechnet den Bereich bzw. die Entfernung aus der Zeitverzögerung, die zwischen dem Aussenden, Reflektieren und Empfangen von Licht- bzw. Schallwellen auftritt. Zwar ist es leicht, mit dieser Technik die Entfernung zu einem Punkt zu messen, jedoch wird es schwierig, wenn man Entfernungen zu vielen Punkten innerhalb kurzer Zeit messen will.
Eine zweite Technik erfaßt einen Punkt mit Eigentümlichkeiten in einem Bild, das sich in einer Kamera abbildet, und einen anderen Punkt mit den gleichen Eigentümlichkeiten in einem anderen Bild, das sich in einer anderen Kamera abbildet, und berechnet die Entfernung von diesen zwei Punkten mit Hilfe der Triangulation. Weil es aber schwierig ist, diesen anderen Punkt mit den gleichen Eigentümlichkeiten zu bestimmen, ist es nicht leicht, eine Entfernung mit dieser zweiten Technik zu messen.
Eine dritte Technik projiziert einen Lichtpunkt oder -spalt von einer Seite, gewinnt das Bild aus diesem Punkt oder Schlitz, das sich in einer Kamera auf einer anderen Seite bildet, und berechnet die Entfernung zu dem Bild mit Hilfe der Triangulation, während der Lichtpunkt oder -schlitz bewegt wird. Dabei treten Probleme auf wie das Vorkommen von Punkten, die von dem Lichtpunkt oder -schlitz nicht erreicht werden können, weil es gelegentlich schwierig ist, das Bild aus dem Punkt oder Schlitz zu gewinnen wegen runder Helligkeit, und weil es schwierig ist, eine Entfernung sehr genau zu messen, weil der Punkt oder der Schlitz einen gewissen flächenhaften Bereich aufweist.
Diese drei herkömmlichen Techniken werden in "Visual Sensor and Environmental Recognition" in der Monatszeitschrift "Sensor Technology", erschienen im Januar 1982 in Japan, beschrieben.
In US-A-3 958 117 wird bereits eine weitere Entfernungsmeßvorrichtung mit automatischer Fokussiereinrichtung geoffenbart. Eine Primärlinse, die ein Primärbild eines Gegenstands auf einer Bildebene abbildet, wird so angeordnet, daß sie durch einen Linsenfokussiermotor verstellt werden kann. Erste und zweite optische Hilfselemente, die Linsen oder Spiegel sein können, produzieren entsprechende erste und zweite Erkennungsbilder von dem Gegenstand auf entsprechenden ersten und zweiten Lichtsensoranordnungen. Eines dieser Elemente wird in kontinuierlich wiederholten Perioden oder Zyklen hin- und herbewegt, um seine Abbildung kontinuierlich auf der entsprechenden Anordnung vor- und zurückzubewegen. Ein Signalverarbeitungsschaltkreis nimmt die Ausgänge dieser Lichtsensoren auf und produziert einen Korrelationsimpuls jedesmal wenn das zyklische Element die Korrelationsposition einnimmt, in der es die Lichtverteilung des Bildes in beste Übereinstimmung auf der entsprechenden Anordnung bringt. Die Zeit und die Elementposition in jedem Zyklus, in dem das geschieht, sind Maße für die Entfernung des Objekts. Ein Schaltkreis spricht an auf den Korrelationsimpuls und auf die relativen Positionen des zyklischen Elements und der Primärlinse, und steuert den Motor so, daß die Endposition der Primärlinse mit der Korrelationsposition des zyklischen Elements übereinstimmt, wobei diese Endposition bewirkt, daß das Primärbild genau im Brennpunkt auf der Bildebene steht. Die relativen Positionen des zyklischen Elements und der Primärlinse werden festgestellt durch magnetisch betriebene Vorrichtungen, durch einen mechanisch betätigten Schalter, durch einen lichtbetätigten Schalter, oder durch eine Anordnung, die ein Elementpositionssignal mit einem Primärlinsenpositionssignal vergleicht. Diese bekannte Vorrichtung hat nur den Zweck, eine Entfernung von der Linse zu einem einzigen Objekt zu messen. Der Zyklus ist abgeschlossen, wenn das Objekt in die Schärfentiefe reicht.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Ein Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Entfernungsmessers, der mehr als eine Position einzelner winziger Teile, die einen Gegenstand ausmachen, im dreidimensionalen Raum anmessen kann.
Die Erfindung benutzt Farbinformationen, die von den einzelnen Pixels einer Kamera, in der sich diese winzigen Teile eines Objekts abbilden, ausgegeben werden. Wenn die Entfernung zu diesen winzigen Teilen gemessen werden kann, lassen sich die Positionen dieser winzigen Teile im dreidimensionalen Raum berechnen, weil die Richtung zu diesen winzigen Teilen durch die Position der Pixels in der Kamera bestimmt werden kann. Zwecks leichterer Erklärung werden die winzigen Teile des Gegenstands als Objektpunkte und die von jedem Pixel ausgegebene Farbinformation als Pixeldatum bezeichnet.
Zum Messen der Entfernung zum Objektpunkt benutzt die Erfindung einen Objektpunkt, dessen Farbe bzw. Pixeldatum, die von dem Pixel ausgegeben werden, in dem sich dieser Objektpunkt in der Kamera abbildet, sich von der Farbe eines anderen Objektpunkts unterscheidet, der Zugang hat zu dem ersten Objektpunkt. Die Beziehung zwischen solch einem Datum, das ausgegeben oder berechnet wird von einem Pixel als besagtes Pixel, und dem Objekt wird "entsprechend" genannt.
Zunächst bildet sich der Objektpunkt in zwei Pixeln ab (eines in der einen Kamera und das andere in der anderen Kamera), deren Linsenachsen nicht identisch sind, wobei die entsprechenden Pixeldaten diesen Punkt darstellen und sich jedes von den Pixeln unterscheidet, die Zugang haben zu diesen beiden Pixeln. Dann kann die Entfernung aus drei Faktoren berechnet werden, wie z. B. dem Abstand zwischen den zwei Linsenachsen, dem Winkel zwischen diesen zwei Linsenachsen, den zwei Positionen dieser Pixel in ihren entsprechenden Kameras. Der erfindungsgemäße Entfernungsmesser kann Entfernungen zu verschiedenen Objektpunkten durch Messen einiger dieser drei variablen Faktoren messen, während die übrigen Faktoren fest sind.
Es ist jedoch zeitlich nicht effizient, jeweils zwei Pixelangaben für jeden Wert der variablen Faktoren zu vergleichen. Wenn hier einige Pixel existieren, deren entsprechende Pixeldaten den gleichen Punkt darstellen, und beide sich von anderen Pixeldaten unterscheiden, die anderen Pixeln entsprechen, die Zugang haben zu diesen einigen Pixeln, wird es unmöglich, eine Entfernung zu bestimmen, weil eine ganze Reihe von Entfernungen gemessen wird. Wenn dann der Entfernungsmesser Mittel zum Herausziehen nur solcher Pixeldaten hat, die aus den Pixeln gewonnen werden, in die sich die Objektpunkte innerhalb der entsprechenden Schärfentiefe der bewegten Linsen abbilden, wird das effizient und es bestimmt leicht eine Entfernung.
Die Erfindung benutzt eine Methode zum Ausziehen von Pixeldaten, die von Pixeln ausgegeben werden, in der die Objektpunkte betrachtet werden können, die innerhalb der entsprechenden Linsenschärfentiefe ihre Abbildungen bilden. Gemäß dieser Methode werden Pixeldaten herausgezogen, deren Kontrast, oder Unterschied, zwischen diesem Pixeldatum und dem anderen Pixeldatum, das von dem Pixel, das Zugang hat, ausgegeben wird, einen Spitzenwert bzw. Peak darstellt.
Diese Methode wird in einem erfindungsgemäßen Gerät zum Messen der Entfernungen der Punkte eines Objekts angewandt, wobei dieses Gerät die Merkmale (A) bis (H) in Anspruch 1 aufweist.
Aus der US-A-4 078 171 ist an sich bereits bekannt, ein digitales Autofokussystem vorzusehen, das erste und zweite Detektoranordnungen aufweist, die erste und zweite erfaßte Bilder eines Objekts empfangen. Die erfaßten Abbildungen werden durch eine Anzahl n Detektoren in Abhängigkeit vom Abstand zwischen dem Objekt und den Detektoranordnungen verschoben. Die Ausgangssignale der Detektoranordnungen werden verarbeitet, um ein Signal zu erzeugen, das hinweisend für die Anzahl n ist. Dieses Signal kann z. B. zur Steuerung der Position einer Linse in einem photographischen System verwendet werden.
Das erfindungsgemäße Gerät ermöglicht das Messen von Entfernungen von einer Linse zu vielen Punkten, die zusammen Objekte innerhalb der Sichtweite in einem Zyklus darstellen. Zu diesem Zweck sind eine Vielzahl von Speichern zum Abspeichern digitaler Daten und eine Vielzahl von Speichern zum Abspeichern von Entfernungen vorgesehen. Der Zyklus läßt sich von der am nächsten gelegenen Position der Schärfentiefe bis zur entferntesten wiederholen.
Die folgenden Wirkungen lassen sich mit Hilfe der Erfindung verwirklichen. Die erste Wirkung ist die Möglichkeit, sowohl das eine Pixeldatum, das ein Bild darstellt, als auch die Entfernung zu dem Objektpunkt, der sich in dem Pixel abbildet, das das Pixeldatum ausgibt, gleichzeitig zu messen, weil die Entfernung nur anhand der Pixeldaten gemessen wird. Die zweite Wirkung ist die Möglichkeit zum Messen jeder Entfernung mit hoher Geschwindigkeit, ungeachtet der Komplikationen in der Farbinformation des Bildes, weil die Objektentfernung von jeder Objektpunktgruppe in jeder Schärfentiefe der Linse gemessen wird. Die dritte Wirkung ist die Möglichkeit des Messens jeder Objektentfernung, ungeachtet bestimmter Voraussetzungen für das Objekt oder der Art des Objekts wie hohe Reflexion und gegenseitige Positionsbeziehungen des Objekts wie übermäßige Entfernung oder Schräge, weil die Entfernung ausschließlich anhand der Pixeldaten gemessen wird. Die vierte Wirkung ist die Möglichkeit des Messens charakteristischer Faktoren des Objekts wie Länge, Winkel, Fläche, Rauminhalt und Form durch Verwendung der Position im dreidimensionalen Raum, gemessen durch die Erfindung. Eine weitere, fünfte Wirkung ist das Vorsehen von Material zum Bestimmen der Art eines Objekts und die Identifizierung dieses Objektes.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

In den Zeichnungen:
Fig. 1 ist eine Draufsicht und ein elektrisches Schaltbild, das die "beste Art und Weise der Durchführung der Erfindung" zeigt;
Fig. 2 ist eine Draufsicht und ein elektrisches Schaltbild der Betriebsart bzw. des Modus der Entfernungsmessung mit Hilfe von variablen Zwischenpixeln bzw. Lochpixeln; und
Fig. 3 ist eine Draufsicht und ein elektrisches Schaltbild der Betriebsart der Entfernungsmessung mit Hilfe des Kamerawinkels. A = Kameraabschnitt, B = B-a = B-b = Brennpunktextraktionsabschnitt, C = Koinzidenzabschnitt,
1 = Hauptebene, 2 = 2-a = 2-b = Linse, 3 = 3-a = 3-b = Bildaufnahmeelement = CCD = MOS-Bildsensor, 4 = 4-a = 4-b = Kamera, 5 = Objekt, 6 = 6-a = 6-b = 6-1 = 6-2 = 6-3 = 6-4 = 6-5 = Bildsignal (in Analogform) = Bilddaten (in Digitalform), 7 = 7-a = 7-b = Linsenachse, 8 = Intervallmotor, 9 = 9-a = 9-b = Linsenmittelpunkt, 10 = Intervallabstand, 11 = Kameramotor, 12 = Bildabstand, 13 = Zentraleinheit, 14 = Intervalldatum, 15 = Abstandsdatum, 16 = Betriebsverstärker, 17 = Extremwert-Haltekreis, 18 = A-D-Wandler, 19 = 19-a = 19-b = 10-c = Pixels, 20 = 20-a = 20-b = Pixelsignale (in Analogform) = Pixeldaten (in Digitalform), 21 = 21-1 = 21-2 Objektpunkt, 22 = Multiplexer, 23 = 23-1 = 23-2 = 23-3 = 23-4 = 23-5 = Bildspeicher, 24 = Pixeldatenregister, 25 = Subtrahierer, 26 = Absolutwertwandler, 27 = 27-1 = 27-2 = 27-3 = 27-4 = 27-5 = Kontrastdaten, 28 = 28-1 = 28-2 = 28-3 = 28-4 = 28-5 = Komparator, 29 = 29-1 = 29-2 = 29-3 = 29-4 = 29-5 = Vergleichsdaten, 30 = Mindestdatum, 31 = UND-Schaltung, 32 = Brennpunktdatum, 33 = Digitalschieberegister, 34 = 34-a = 34-b = Brennpunktpixeldaten, 35 = 35-a = 35-b = Brennpunktspeicher, 36 = 36-a = 36-b = Standard-Bilddaten, 37 = 37-a = 37-b = Standardbildspeicher, 38 = 38-a = 38-b = Adreßdaten, 39 = 39-a = 39-b = Standardpixel, 40 = 40-1 = 40-2 = Objektebene, 41 = Zwischenpixel (Lochpixel), 42 = Objektabstand, 43 = Subtrahierer, 44 = Komparator, 45 = UND-Schaltung, 46 = Koinzidenzdatum, 47 = 47-a = 47-b = Pixellinie, 48 = Bildabstandsdatum, 49 = Bereichsberechner, 50 = Objektabstandsdatum, 51 = Entfernungsspeicher, 52 = feste Linse, 53 = Linsenmotor, 54 = bewegliche Linse, 55 = Linsenabstand, 56 = Linsenabstandberechner, 57 = Objektabstand, 58 = Zwischenpixeldatum, 59 = Addierer, 60 = Drehmotor, 61 = Standardlinie, 62 = Kamerawinkel, 63 = Kamerawinkeldatum, 64 = Pixelwinkel.

BESTE ART UND WEISE ZUR DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Unter Bezugnahme zunächst auf den in Fig. 1 dargestellten Modus wird die Struktur eines Kameraabschnitts (A) gezeigt, der eine Sichtinformation, d.i. Farbinformation eines Objekts, als Bild aufnimmt. In der Hauptebene 1 dieses Kameraabschnitts (A) gibt es zwei Kameras 4-a, 4-b, die die gleichen Merkmale aufweisen, d.i. Linsen mit gleicher Brennweite und Bildaufnahmeelemente 3-a, 3-b gleicher Auflösung. In diesem Modus wird CCD 3 als Bildaufnahmeelement 3 benutzt. In jeder Kamera 4 werden Bilder des gleichen Objekts 5 abgebildet, von denen jeweils ein Bildsignal 6 ausgegeben wird. Die zwei Linsenachsen 7-1, 7-2 der Kameras 4-1, 4-2 verlaufen zueinander parallel. Sowohl die Linie, die die Mittelpunkte der zwei Linsen 2-1, 2-2 verbindet (die als Standardlinie bezeichnet wird), als auch die Linie, die die Mittelpunkte der zwei CCDs 3-1, 3-2 verbindet, stehen rechtwinklig auf den Linsenachsen 7. Eine Kamera 4-a ist in der Hauptebene 1 befestigt, die andere Kamera 4-b kann durch einen Schrittmotor 8 (als Intervallmotor 8 bezeichnet) auf der Hauptplatte 1 entlang der Standardlinie bewegt werden, mit anderen Worten, dieser Intervallmotor 8 kann den Intervallabstand 10, d.i. den Abstand zwischen den Mittelpunkten der zwei Linsen 9 um eine bestimmte winzige Entfernung verändern. Jedoch bleiben die zwei Linsenachsen 7 immer parallel. Die zwei CCDs 3 können gleichzeitig durch einen Schrittmotor 11 (bezeichnet als Kameramotor 11) entlang der Linsenachse 7 bewegt werden. Mit anderen Worten, dieser Kameramotor 11 kann den Bildabstand 12 d.i. den Abstand von CCD 3 zu Linse 2, um eine bestimmte winzige Entfernung verändern. Der Intervallmotor 8 und der Kameramotor 11 werden entsprechend dem Intervalldatum 14 und dem Abstandsdatum 15 bewegt, die beide von der Zentraleinheit 13 (genannt CPU) ausgegeben werden.
Jedes Bildsignal 6-a, 6-b wird durch einen entsprechenden Operationsverstärker 16 verstärkt, und der Spitzenwert dieses Datums wird in der entsprechenden Spitzenwert-Halteeinheit 17 abgespeichert. Diese Spitzenwerte werden den Brennpunktextraktionsabschnitten (B-a, B-b) zugeführt, die nachstehend beschrieben werden, nachdem sie durch A-D-Konverter 18 in Digitalform umgewandelt wurden (das in die Digitalform umgewandelte Bildsignal wird neu als Bilddatum 6 bezeichnet). Nachstehend wird jedes Bilddatum 6, das von einem Pixel 19, das das CCD 3 darstellt, ausgegeben wurde, als Pixeldaten 20 bezeichnet, und die Sammlung aller Pixeldaten, die ein Bilddatum 6 darstellen, wird neu als Bilddatum 6 bezeichnet. Die winzigen Teile des Objekts 5, die sein Abbild im jeweiligen Pixel 19 bilden, wird als Objektpunkt 21 bezeichnet, und die Beziehung zwischen solchen Daten, die von einem Pixel 19 als das Pixel 19 ausgegeben oder berechnet werden, dem Pixeldatum 20, dem Objektpunkt 21 usw. wird als "entsprechend" bezeichnet.
Wieder unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird dort eine Struktur von Brennpunktextraktionsabschnitten (B-a, B-b) gezeigt. Diese Abschnitte nehmen die Pixeldaten 20 auf, die von den Pixeln 19 ausgegeben werden, auf die sich die Objektpunkte 21 in der Schärfentiefe der Linse abbilden, wenn die CCDs 3 in einer Standardposition angeordnet sind (nachstehend definiert). Jetzt wird die Operation in diesen Abschnitten (B) Schritt für Schritt beschrieben.
Nachdem das CCD 3 vom Kameramotor 11 gemäß einem Abstandsdatum 15 in eine erste Position bewegt wurde, wird ein erstes Bilddatum 6-1, das von dem CCD 3 ausgegeben wird, in einem Bildspeicher 23-1 abgespeichert, der von einem Multiplexer 22 angewählt wurde. Der Bildspeicher 23 setzt sich aus vielen Speicherzellen zusammen, wobei jeweils eine einem Pixel 19 entspricht. Andere, nachstehend definierte Speicher sind ebenfalls jeweils aus vielen Speicherzellen zusammengesetzt. Dann, nachdem das CCD 3 vom Kameramotor 11 in eine zweite Position bewegt wurde, die von der ersten um einen bestimmten winzigen Abstand in einer bestimmten Richtung entfernt ist, wird ein zweites Bilddatum 6-2 in einem Bildspeicher 23-2 abgespeichert. Wieder wird, nachdem das CCD 3 in eine dritte Position bewegt wurde, die von der zweiten Position in der gleichen Richtung um den gleichen bestimmten winzigen Abstand entfernt ist, ein drittes Bilddatum 6-3 in einem Bildspeicher 23-3 abgespeichert. Diese obige Operation wird noch zweimal wiederholt, und ein Bilddatum 6-4 in der vierten Position und ein Bilddatum 6-5 in der fünften Position werden entsprechend in einem Bildspeicher 23-4 bzw. einem Bildspeicher 23-5 abgespeichert. Die dritte Position, die in der Mitte dieser fünf Positionen liegt, wird als Standardposition bezeichnet.
Pixeldaten 20, die ein Bilddatum 6 darstellen, werden von den Bildspeichern 23 ausgegeben in der Reihenfolge vom Pixeldatum 20 des Pixels 19 am linken Ende zum Pixeldatum 20 des Pixels 19 am rechten Ende und von der oberen Ansammlung der Pixel 19, die eine waagerechte Reihe bildet, zur unteren Reihe (was als Standardordnung bezeichnet wird). Fünf Pixeldaten 20 von jedem Bildspeicher 23 werden gleichzeitig ausgegeben. Jedes Pixeldatum 20 wird sowohl in ein Pixeldatenregister 24 als auch in einen Subtrahierer 25 eingegeben. Ein weiteres Pixeldatum 20, das bereits früher im gleichen Pixeldatenregister 24 abgespeichert wurde, d.i. von dem anderen Pixel 19 gerade links vom Pixel 19 ausgegeben wird, das das neue Pixeldatum 20 ausgibt, wird gleichzeitig in diesen Subtrahierer 25 eingegeben, von dem ein Kontrastdatum 27 ausgegeben wird, das den Gleichheitszustand zwischen zwei Pixeldaten 20 darstellt, nachdem sie durch einen Wandler in Absolutwerte 26 umgewandelt wurden. Das Kontrastdatum 27, das aus den zwei Pixeldaten 20 berechnet wird, die ein Bilddatum 6-1 darstellen, wird als Kontrastdatum 27-1 bezeichnet. Auf ähnliche Weise wird das Kontrastdatum 27, das aus den zwei Pixeldaten 20 berechnet wird, die ein Bilddatum 6-2, Bilddatum 6-3, Bilddatum 6-4 und Bilddatum 6-5 darstellen, entsprechend als Kontrastdatum 27-2, Kontrastdatum 27-3, Kontrastdatum 27-4 und Kontrastdatum 27-5 bezeichnet.
Kontrastdatum 27-1 und Kontrastdatum 27-2 werden in einen Komparator 28-1 eingespeist, der ein Vergleichsdatum 29-1 ausgibt. Dieses Vergleichsdatum 29-1 in Digitalform ist "1", wenn das Kontrastdatum 27-2 größer ist als das Kontrastdatum 27-1. Auf ähnliche Weise ist ein von einem Komparator 28-2 ausgegebenes Vergleichsdatum 29-2 gleich "1", wenn das Kontrastdatum 27-3 größer ist als das Kontrastdatum 27-2, und ein Vergleichsdatum 29-3, das vom Komparator 28-3 ausgegeben wird, ist "1", wenn das Kontrastdatum 27-3 größer ist als ein Kontrastdatum 27-4, und ein vom Komparator 28-4 ausgegebenes Vergleichsdatum 29-4 ist "1", wenn das Kontrastdatum 27-4 größer ist als das Kontrastdatum 27-5. Das Kontrastdatum 27-1 wird auch zusammen mit einem Minimumdatum 30 einem Komparator 28-5 eingegeben, der ein Vergleichsdatum 29-5 ausgibt. Dieses Vergleichsdatum 29-5 ist gleich "1", wenn das Kontrastdatum 27-1 größer als das Minimumdatum 30 ist. Diese fünf Vergleichsdaten 29 werden in eine UND-Schaltung 31 eingegeben, die ein Brennpunktdatum 32 ausgibt.
Dieses Brennpunktdatum 32 ist "1", wenn alle fünf Vergleichsdaten 27 gleich "1" sind. Dieses Brennpunktdatum 32 wird in ein digitales Schieberegister 33 mit einem Eingang und zwei parallelen Ausgängen eingegeben. Diese zwei parallelen Ausgänge werden in eine ODER-Schaltung eingegeben, die ein Brennpunktpixeldatum 34 ausgibt. Dieses Brennpunktpixeldatum 34 repräsentiert als "1" das Pixel 19, dessen entsprechendes Kontrastdatum 27 einen Spitzenwert darstellt, d. h. die im Brennpunkt sind, und das diesem entsprechende Pixeldatum 20 unterscheidet sich von demjenigen, das dem anderen Pixel 19 entspricht, das Zugang zu dem ersten Pixel 19 hat.
Die Gründe, warum die Brennpunktextraktionsabschnitte (B) die oben beschriebenen Operationen durchführen, sind wie folgt. Der erste Grund ist wie folgt: Der Kontrast der zwei Pixeldaten 20, die Zugang zueinander haben und die jeweils einem Objektpunkt 21 entsprechen, der gerade im Brennpunkt liegt, stellt einen Spitzenwert dar. Diese Regel gilt für die Brennpunktextraktionsabschnitte (B). Eine Kontrastspitze wird angenommen, wenn das Kontrastdatum 27, das von dem CCD 3 ausgegeben wird, das näher an der Standardposition liegt, größer ist als das Kontrastdatum 27, das von dem CCD 3 ausgegeben wird, das weiter entfernt von der Standardposition liegt. Mit anderen Worten, die "1" des Brennpunktpixeldatums 34 bedeutet, daß der Kontrast der Farbinformation des Objektpunkts 21, der diesem Brennpunkt Pixeldatum 34 entspricht, nicht "0" ist und den Spitzenwert darstellt. Der Grund, warum fünf Kontrastdaten 27 zum Herausarbeiten des den Spitzenwert darstellenden Kontrastdatums 27 benutzt werden, ist, das Extrahieren des Kontrastdatums 27 zu verhindern, dessen entsprechender Objektpunkt 21 nicht im Brennpunkt liegt und der nur wegen der Bildabschattung einen Kontrast aufweist, obwohl in Wirklichkeit gar kein Kontrast vorliegt. Das Bild des Objektpunkts 21 hat keinen Kontrast, wenn er innerhalb der Schärfentiefe der Linse liegt, wohingegen der Kontrast groß wird, wenn der Objektpunkt 21 weiter von der Schärfentiefe der Linse entfernt ist. Deshalb werden fünf Kontrastdaten 27 benutzt, so daß das Brennpunktpixeldatum 34 keine "1" zeigt, wenn zwei dieser fünf einen Spitzenwert anzeigen.
Unter Bezugnahme auf den Koinzidenzabschnitt (C) wird als nächstes das Brennpunktpixeldatum 34-a, das vom Brennpunktextraktionsabschnitt (B-a) ausgegeben wurde, im Brennpunktspeicher 35-a abgespeichert, und das Brennpunktpixeldatum 34-b, das vom Brennpunktextraktionsabschnitt (B-b) ausgegeben wurde, wird im Brennpunktspeicher 35-b abgespeichert. Ebenso wird das Bilddatum 6-3, das vom Brennpunktextraktionsabschnitt (B-a) (jetzt als Standardbilddatum 36-a bezeichnet) ausgegeben wird, im Standardbildspeicher 37-a abgespeichert, und das Bilddatum 6-3, das vom Brennpunktextraktionsabschnitt (B-b) (jetzt als Standardbilddatum 36-b bezeichnet) ausgegeben wird, wird im Standardbildspeicher 37-b abgespeichert. In jedem Brennpunktextraktionsabschnitt (B-a, B-b) kann sowohl auf ein Pixeldatum 20 des Standardbilddatums 36 als auch auf das Brennpunktpixeldatum 34, das diesem Pixeldatum 20 entspricht, unter dem gleichen Adreßdatum 38 zugegriffen werden. Die Pixel, in denen sich die Achsen der Linsen 7-a und 7-b mit jedem CCD 3-a, 3-b kreuzen, werden als Standardpixel 39-a, 39-b bezeichnet. Auf die zwei Pixeldaten 20 von den Pixels 19, die sich optisch in der gleichen Position im jeweiligen CCD 3-a, 3-b befinden, wird mit dem gleichen Adreßdatum 38 zugegriffen.
Nun zurück zum Kameraabschnitt (A); dort gibt es den Intervallabstand 10 zwischen den zwei Kameras 4-a, 4-b. Es gibt ein gemeinsames Feld zwischen den zwei Sichtfeldern der Kameras 4-a, 4-b. Das Objekt in diesem gemeinsamen Feld bildet sich in den zwei CCD 3 ab. Z.B. liegt eine Ebene parallel zur Linse 2 (bezeichnet als Objektebene 40-1) innerhalb der Schärfentiefe der Linse. Ein Objektpunkt 21 in dieser Objektebene 40-1 liegt in diesem gemeinsamen Feld. Die zwei Pixel 19-a, 19-b der entsprechenden CCD 3-a, 3-b, in denen sich dieser Objektpunkt 21-1 abbildet, sind in optisch unterschiedlichen Positionen von den entsprechenden Standardpixeln 39-a, 39-b, insbesondere in Positionen entlang der Standardlinie gelegen. Dieser Unterschied wird durch den Intervallabstand 10 zwischen den zwei Kameras 4-a, 4-b bewirkt. Ferner wird der gleiche Unterschied verursacht zwischen jeweils zwei Pixeln 19, deren entsprechender Objektpunkt 21 in der gleichen Objektebene 40-1 gelegen ist. Umgekehrt, wenn ein Pixeldatum 20-a vom Pixel 19-a des CCD 3-a und ein Pixeldatum 20-b vom Pixel 19-b des CCD 3-b, das um diesen Unterschied vom Pixel 19-a abweicht, gleichzeitig ausgegeben werden, werden jeweils zwei Pixeldaten 20 von den Pixeln 19, in denen sich der gleiche Objektpunkt 21 in der Objektebene 40-1 abbildet, gleichzeitig ausgegeben. Nachdem der Intervallabstand 10 um eine festgelegte winzige Entfernung verändert wurde, werden zwei Pixeldaten 20 von den Pixeln 19, in denen sich der andere Objektpunkt 21 in der anderen Ebene 19-b, die um einen festen winzigen Abstand von der vorherigen Objektebene 19-a entfernt ist, abbildet, gleichzeitig ausgegeben.
Durch die Umkehrung dieser Regel wird es möglich, den Abstand von der Linse 2 zu jedem Objektpunkt 21 (genannt Objektentfernung 42) im Koinzidenzabschnitt (C) zu messen. Zunächst werden das Pixeldatum 20-a und das diesem Pixeldatum 20-a entsprechende Brennpunktpixeldatum 34-a, die in den entsprechenden Speicherzellen abgespeichert sind, auf die mit einem Adreßdatum 38a zugegriffen wird, gleichzeitig ausgegeben, zusammen mit dem Pixeldatum 20-b und dem Brennpunktpixeldatum 34-b, auf das mit dem anderen Adreßdatum 38-b zugegriffen wird, das durch Aufaddieren einer Zahl entsteht, die einige Pixel dieses Unterschieds zum Adreßdatum 38-a bedeutet, d.i., durch das andere Adreßdatum 38-b, das auf das andere Pixel 19 zugreift, das um einige Pixel von dem Pixel 19, auf das mit dem Adreßdatum 38-a zugegriffen wird, beabstandet ist. Die zwei Pixeldaten 20-a, 20-b werden einem Subtrahierer 43 eingegeben und dessen Ausgang wird dann einem Komparator 44 zusammen mit zwei Vergleichsdaten, oder "+0" und "-0" eingegeben. Der Ausgang dieses Komparators 44 ist nur dann "1", wenn der Ausgang des Subtrahierers 43 im wesentlichen Null ist, d. h. wenn die beiden Pixeldaten 20 innerhalb des Fehlerbereichs übereinstimmen. Der Ausgang dieses Komparators 44 ist nur dann "1", wenn der Ausgang des Subtrahierers 43 im wesentlichen Null ist, d. h. wenn die zwei Pixeldaten 20 innerhalb des Fehlerbereichs übereinstimmen. Der Ausgang dieses Komparators 44 ist nur dann "1", wenn der Ausgang des Subtrahierers 43 im wesentlichen Null ist, d. h. wenn die zwei Pixeldaten 20 innerhalb des Fehlerbereichs übereinstimmen. Der Ausgang dieses Komparators 44 wird zusammen mit zwei Brennpunktpixeldaten 34-a, 34-b einer UND-Schaltung 45 zugeführt, deren Ausgang (der als Koinzidenzdatum 46 bezeichnet wird) nur dann "1" ist, wenn alle drei Daten gleich "1" sind. Mit anderen Worten, dieses Koinzidenzdatum 46 ist nur dann "1", wenn das Pixeldatum 20 und das Brennpunktdatum 34 gleichzeitig von den zwei Pixeln 19 beider CCDs 3 ausgegeben werden, in denen sich der gleiche Objektpunkt 21 abbildet, der eine von dem anderen Objektpunkt 21, der Zugang zu diesem Objektpunkt 21 hat, unterschiedliche Farbinformation hat, d. h. wenn es einen Abstand (bezeichnet als Zwischenpixel oder Lochpixel 41) zwischen zwei optischen Positionen der zwei Pixel 19 gibt.
Das heißt, wenn das Koinzidenzdatum 46 in der obigen Operation "1" ist, gibt es einen Objektpunkt 21, in dem sich eine Linie, die Pixel 19-a und den Mittelpunkt der Linse 9-a (bezeichnet als Pixellinie 47-a) verbindet, und die andere Linie, die Pixel 19-b mit dem Mittelpunkt der Linse 9-b (bezeichnet als Pixellinie 47-b) verbindet, schneiden. Eine Pixellinie 47-b wird gemäß der Veränderung des Intervallabstands 10 vom Abstandsmotor 8 parallel bewegt. Wenn der Bildabstand 42 von der Linse 2 zum CCD 3 als "Q" bezeichnet wird, und der Abstand in Größe der Zwischenpixel 41 als "A" bezeichnet wird und der Intervallabstand 10 als "B" bezeichnet wird, dann wird der Abstand "P" von der Standardlinse 2-a zum Schnittpunkt der zwei Pixellinien 47-a, 47-b durch die folgende Gleichung definiert: (Gleichung 1)
Diese Gleichung bedeutet, daß sich die Objektentfernung 42 aus dem Intervallabstand 10 und dem Bildabstand 12 berechnen läßt, wenn die Zwischenpixel 41 festgelegt sind. Das Intervalldatum 14, das den Intervallabstand 10, und das Bildabstandsdatum 48, das den Bildabstand 12 bedeuten, werden von der CPU 13 einem Entfernungsberechner 49 eingegeben, in dem der Objektabstand 42 gemäß der Formel 1 berechnet wird. Der Objektabstand 42 zu den einzelnen Objektpunkten 21, der sich im Pixel 19-a abbildet, auf das vom Adreßdatum 38-a zugegriffen wird, kann gemessen werden durch Abspeichern der Objektentfernung 42 in einer Speicherzelle des Entfernungsspeichers 51, auf die durch das Adreßdatum 38-a zugegriffen wird, wenn das Koinzidenzdatum 46 gleich "1" ist.
Nach Durchführung aller dieser obigen Operationen im Hinblick auf alle Kombinationen von zwei Pixeldaten 20, für die alle obigen Operationen ausgeführt werden können, d. h., die in der Speicherzelle abgespeichert sind, auf die das Adreßdatum 38-a und das Adreßdatum 38-b zugreifen können, werden die zwei CCD 3 in die erste Position zurückgeführt, in der das Bilddatum 6-1 ausgegeben wird, und die Kamera 4-b wird entlang der Standardlinie zu einer neuen Position bewegt, die von der ersten Position um eine festgelegte winzige Entfernung beabstandet ist. Fünf neue Bilddaten 6, die von den CCDs 3 ausgegeben werden, die sich in der gleichen entsprechenden Position befinden wie in der vorherigen Operation, werden in fünf Speichern 23 abgespeichert, und die Operationen des Brennpunktextraktionsabschnitts (B) und des Koinzidenzabschnitts (C) werden durchgeführt. Nur wenn der Objektpunkt 21, dessen Objektentfernung 42 durch Finden von zwei zusammenfallenden Pixeln 19 gemessen wird, außerhalb der Schärfentiefe der Linse liegt, werden die fünf Positionen der CCD 3 zu fünf neuen Positionen bewegt, und fünf neue Bilddaten 6 werden in fünf Bildspeichern 23 abgespeichert. Dann wiederholen sich die gleichen Operationen des Brennpunktextraktionsabschnitts (B) und des Koinzidenzabschnitts (C).
Die Bedeutung der obigen Serie von Operationen und die Gründe dafür sollen jetzt betrachtet werden. Ein Objektpunkt 5 bildet sich auf zwei CCDs 3 ab. Der Intervallabstand 10 muß je nach Objektabstand für jeden Objektpunkt 21, der ein Objekt 5 ausmacht, verändert werden, damit sich jeder Objektpunkt 21 auf zwei Pixeln 19 auf den beiden CCDs 3 abbildet, die einen festen winzigen Abstand voneinander haben. Umgekehrt kann die Objektentfernung 42 aus dem Intervallabstand 10 berechnet werden. Jedoch ist es unmöglich, jede Objektentfernung 42 zu jedem Objektpunkt 21 innerhalb des Sichtwinkels zum gleichen Zeitpunkt zu messen, d. h. gleichzeitig nachzuprüfen, ob jede Kombination zweier Pixeldaten 20 übereinstimmt oder nicht, weil der Bereich, innerhalb dessen sich der Intervallabstand 10 verändert, zu groß ist. Denn wenn jede Sammlung von Pixeldaten 20, die von allen Pixeln 19 ausgegeben werden, in denen sich der Objektpunkt 21 innerhalb jeder Schärfentiefe der Linse abbildet, untersucht wird, ob jede Kombination von zwei Pixeldaten 20 übereinstimmt oder nicht, dann ist es leichter, die Objektentfernung 42 zu messen, weil der Bereich des Intervallabstands 10 kleiner wird.
Jetzt soll der Fall betrachtet werden, daß einige Objektpunkte 21, die die gleiche Farbinformation aufweisen, einen Teil des Objekts 5 ausmachen. Wenn untersucht wird, mit welchem Pixeldatum 20 von den Pixeln der CCD ein Pixeldatum 20 von einem der Pixel der CCD 3-a mit solchen Objektpunkten 21 mit den Koinzidenzdaten 46, die gleich "1" sind, in einigen Fällen variabler Intervallabstände 10 übereinstimmt, ist es gleichermaßen unmöglich, die Objektentfernung 42 zum Objektpunkt 21, der diesem Pixeldatum 20 entspricht, festzulegen. Das Untersuchen von nur zwei Pixeldaten 20, die sich vom Pixeldatum 20, das von dem Pixel 19, das Zugang hat, ausgegeben wird, unterscheiden, stellt einen leichteren Weg zum Feststellen einer Objektentfernung 42 dar. Aus diesen beiden Gründen ist es angebracht, zwei Brennpunktextraktionsabschnitte (B) und einen Koinzidenzabschnitt (C) zu kombinieren.
In diesem Zusammenhang werden in den Brennpunktfeststellungs- bzw. Extraktionsabschnitten B Kontrastdaten 27 verglichen, die die Unterschiede zwischen zwei Pixeldaten 20 ausmachen, die vom gleichen Pixel 19 ausgegeben werden. Dies ist ein Prozeß, der dazu konzipiert ist, um die Bilder des gleichen Objektpunkts 21 zu vergleichen, die sich auf die CCDs 3 in unterschiedlichen Positionen abbilden und die auf der Voraussetzung gründen, daß die Abbildungen vom gleichen Objektpunkt 21 immer für das gleiche Pixel 19 gebildet werden.
In den Koinzidenzabschnitten C wird der Verfahrensschritte des Abspeicherns einer bestimmten Objektentfernung 42 in diesem Speicher innerhalb des Entfernungsspeichers 51, der einem Pixel 19 entspricht, das vom Koinzidenzdatum 46 als das bezeichnet wird, das das Bild eines Objektpunkts 21, der um diese bestimmte Objektentfernung 42 entfernt angeordnet ist, abbildet, für verschiedene Objektentfernungen 42 durchgeführt und die Ergebnisse werden gesammelt und in einem einzigen Entfernungsspeicher 51 abgespeichert. Die obige Operation beruht auch auf der Voraussetzung, daß für alle Objektpunkte 21 innerhalb des Sichtfelds die Abbildung des gleichen Objektpunkts 21 immer vom gleichen Pixel 19 gebildet wird.
Wenn jedoch nur der CCD 3 innerhalb einer Kamera 4 bewegt wird, verändert sich die Vergrößerung beim Abbilden eines Objektpunkts. Aus diesem Grund bewegt sich die Position im CCD 3, in der das Bild der einzelnen Objektpunkte 21 ausgebildet wird, um eine winzige, zunehmende Entfernung mit der Veränderung des Bildabstands.
Zur Verwirklichung der obigen Voraussetzung wird es also erforderlich, eine Organisation zum Beibehalten der konstanten Vergrößerung durch Einbau eines Zoommechanismus für die Linse 2 einzurichten, der die Brennweite der Linse 2 gemäß den Veränderungen des Abstands zwischen den Brennpunkten der Linse 2 und dem CCD 3 verändert und das Verhältnis dieser zwei Abstände immer gleich hält, wie nachstehend beschrieben wird.
Die Linse 2 umfaßt eine feste Linse 52, die im Inneren der Kamera 4 angeordnet ist, und eine bewegliche Linse 54, die in Richtung ihrer optischen Achse durch einen Linsenmotor 53 verschoben wird. Das Entfernungsdatum 15, das das Ziel oder den beabsichtigten Wert gegenüber dem Kameramotor 11 zum Bewegen des CCD 3 angibt, wird als Eingang in einen Linsenabstandsberechnungskreis 55 eingegeben, wo die Berechnung auf der Grundlage der nachstehenden Gleichung (Gleichung 2) ausgeführt wird und ein Linsenabstandsdatum 56, das den Linsenabstand S als Abstand zwischen der festen Linse 52 und der beweglichen Linse 54 bezeichnet, ausgegeben wird: (Gleichung 2)
Dabei bedeutet:
f&sub1; die Brennweite der festen Linse 52;
f&sub2; die Brennweite der beweglichen Linse 54; und
M = die Vergrößerung.
Diese Werte werden vorwegbestimmt und im Linsenabstandsberechnungskreis 55 abgespeichert. Q ist der Bildabstand 12, der vom Bildabstandsdatum 15 gesteuert wird. Diese Gleichung bedeutet, wenn die Vergrößerung M konstant ist, stehen der Linsenabstand und der Bildabstand 12 in einem eins-zu-eins Verhältnis. Genauer gesagt, um die Vergrößerung der Kamera 4 auf einem konstanten Wert zu halten, muß der Linsenabstand S den mit Gleichung 3 berechneten Wert in Übereinstimmung mit der Veränderung des Bildabstands 12 annehmen. Dementsprechend ist der Abschnitt so eingerichtet, daß die bewegliche Linse 54 vom Linsenmotor 53 in Verbindung mit der Veränderung des Linsenabstandsdatums 56 so in Bewegung versetzt wird, daß der Linsenabstand S einen Wert entsprechend dem Bildabstand 12 annimmt.
Ferner gibt es Fälle, in denen die ungefähre Position des Objekts 5, dessen Objektentfernung zu den Objektpunkten, die das Objekt ausmachen, bekannt ist, oder in denen der räumliche Bereich der zu untersuchenden Objektentfernung, bereits vorher bestimmt wurde. Eine ungefähre Position oder ein konstanter Raumbereich kann durch die zwei Objektebenen 40 angezeigt werden, zwischen denen-sie liegt. Ferner, wenn der Abstand zwischen der Linsenebene der Linse 2a, der als Standard- oder Referenzebene angenommen wird, und der Objektebene 40 als Objektentfernung 57 angenommen wird, kann das durch zwei Objektentfernungen 57 ausgedrückt werden. Im Falle daß die Objektentfernung 57 bekannt ist, kann der ihr entsprechende Objektabstand 42, d. h. der Objektabstand 42, der der Abstand zwischen der Linse 2 und dem CCD 3 ist, wenn dieser Objektabstand 57 eine Positionsbeziehung hat, so daß die angegebene Objektebene 40 innerhalb der Brennweite fällt, bestimmt werden.
Ferner kann der Intervallabstand 10, bezeichnet als B, entsprechend dem Objektabstand 56 nach der folgenden Gleichung 3 aus Q, der so bestimmtem Objektentfernung 42, P, dem Objektabstand 57, der dessen Grundlage ist, und A, dem Abstand des konstanten Zwischenpixel 41 bestimmt werden. (Gleichung 3)
Dann werden, falls der Bereich der Untersuchung der Objektentfernung 42 wie oben beschrieben festgelegt wurde, die Prozesse im Extraktionsabschnitt B und im Koinzidenzabschnitt C durch Bestimmung der zwei Intervallabstände 10 entsprechend den Objektebenen 40 ausgeführt, die die Grenzen dieses Bereichs durch eine Rechnung auf der Grundlage der Gleichung 3 in der Zentraleinheit 13 berechnen und nur das Intervalldatum 14 ausgeben, das den auf diese Weise zwischen den beiden Intervallabständen 10 eingeschlossenen Intervallabstand 10 regelt.
Im obigen Modus kann die Kombination von zwei Pixeln 19 jedes CCD 3, die den gleichen Objektpunkt 21 abbilden, gewonnen werden, während sich der Intervallabstand 10 ändert. Die gleiche Kombination kann auch noch auf zwei anderen Wegen gewonnen werden.
Wie in Fig. 2 dargestellt, die den einen Weg zeigt, kann die Kombination von zwei Pixeln 19 jedes CCDs 3, die Bilder vom gleichen Objektpunkt 21 bilden, gewonnen werden, während das Zwischenpixel 41 variiert wird und der Intervallabstand 10 fest ist.
Wie in Fig. 3 dargestellt, die den anderen Weg zeigt, kann die Kombination von zwei Pixeln 19 jedes CCDs 3, die die Bilder vom gleichen Objektpunkt 21 abbilden, durch Veränderung des Winkels zwischen den Achsen der Linse 7 und der Standardlinie gewonnen werden, während der Intervallabstand 10 und die Zwischenpixel 41 unverändert bleiben.
Nehmen wir Bezug auf Fig. 2, die den ersten Weg zeigt: zwei Kameras 4-a, 4-b mit den gleichen Merkmalen sind in der waagrechten Hauptebene 1 fest angeordnet, so daß die zwei optischen Achsen der Linse dieser Kameras parallel laufen. Dann hat der Intervallabstand 10 zwischen den beiden Mittelpunkten 9-a, 9-b immer den gleichen Wert. In den beiden Kameras 4 lassen sich die CCDs 3 vom Kameramotor 11 gleichzeitig entlang der Linsenachsen verschieben. Mit anderen Worten, dieser Kameramotor 11 kann die Bildentfernung 12 um einen festen Abstand verändern. Der Kameramotor 11 wird gemäß einem Entfernungsdatum 15 betrieben, das von der CPU ausgegeben wird.
Die gleiche Aktion wird im Brennpunktextraktionsabschnitt (B) in dem anhand der Fig. I beschriebenen Modus hinsichtlich der Bildsignale 6-a, 6-b ausgeführt, und dieser Abschnitt (B) gibt ein Brennpunktpixeldatum 34 aus, das das Pixel 19 darstellt, in dem der sich Objektpunkt 21 in der Schärfentiefe des Linsenbrennpunkts abbildet, wobei sich das entsprechende Pixeldatum 20 von dem dem benachbarten Pixel 19 entsprechenden unterscheidet. Zwei Brennpunktpixeldaten 34-a, 34-b werden im Koinzidenzabschnitt (C) zusammen mit den Standardbilddaten 36-a, 36-b abgespeichert.
Zwei Pixel 19-a bzw. 19-b der CCDs 3-a, 3-b, in denen sich der gleiche Objektpunkt 21-1 abbildet, stehen in optisch von den Standardpixeln 39-a, 39-b abweichenden Positionen, insbesondere in unterschiedlichen Positionen entlang der Standardlinie. Wenn diese Differenz oder Zwischenpixel 41 als "A", der feste Intervallabstand 10 als "B" und die Bilddistanz als "Q" bezeichnet werden, wird der Objektabstand "P" von der Linse 2 zum Objektpunkt 21 durch die nachstehende Gleichung 1 dargestellt. (Gleichung 1)
Diese Gleichung 1 bedeutet, daß die Objektentfernung 42 zu jedem Objektpunkt 21 durch das Zwischenpixel 41 bestimmt wird, während der Intervallabstand 10 fest ist und während der Bildabstand als fest angenommen wird. Die Objektentfernung 42 läßt sich durch Berechnung vom Zwischenpixel 41 zwischen zwei Pixeln 19 messen, in denen sich der gleiche Objektpunkt 21 abbildet.
Im Koinzidenzabschnitt (C) werden die von den Brennpunktextraktionsabschnitten (B-a, B-b) ausgegebenen Brennpunktpixeldaten 34-a, 34-b in den entsprechenden Brennpunktspeichern 35-a, 35-b abgespeichert und die von den Brennpunktextraktionsabschnitten (B-a, B-b) ausgegebenen Standardbilddaten 36-a, 36-b werden in den entsprechenden Standardbildspeichern 37-a, 37-b abgespeichert. Ein Pixeldatum 20-a und ein Brennpunktpixeldatum 34-a entsprechend einem Pixel 19-a in einem CCD 3-a werden von einer entsprechenden Speicherzelle ausgegeben, auf die ein Adreßdatum 38-a zugreift. Dieses Adreßdatum 38-a und ein Zwischenpixeldatum 58, das die Anzahl der Zwischenpixel 41 darstellt, werden in einem Addierer 59 aufaddiert, von dem das andere Adreßdatum 38-b ausgegeben wird. Das andere Pixeldatum 20-b und das andere Brennpunktpixeldatum 34-b entsprechend dem anderen Pixel 19-b werden von den einzelnen Speicherzellen ausgegeben, auf die das andere Adreßdatum 38-b zugreift. Die gleiche Aktion in dem Koinzidenzabschnitt (C) des unter Hinweis auf Fig. 1 beschriebenen Modus wird in bezug auf diese vier Daten ausgeführt. Schließlich wird das Koinzidenzdatum 46, das die Kombination der zwei Pixel darstellt, das eine in dem einen CCD 3-a und das andere im anderen CCD 3-b, in denen sich der gleiche Objektpunkt 21 abbildet, ausgegeben, und das ihm entsprechende Pixeldatum 20 unterscheidet sich von dem, das den anderen Pixeln 19 entspricht, die diesen zwei Pixeln 19 benachbart sind.
Der Intervallabstand 10, der Bildabstand 12 und das Zwischenpixeldatum 58 werden dem Entfernungsberechner 49 eingegeben, in dem ein Objektentfernungsdatum 50, das die Objektentfernung 42 darstellt, gemäß Gleichung 1 berechnet wird. Nur wenn das Koinzidenzdatum 46 gleich "1" ist, wird dieses Objektdatum 50 in der Speicherzelle des Entfernungsspeichers 51 abgespeichert, auf die das Adreßdatum 38-a Zugriff hat.
Nach Durchführung der obigen Aktion im Hinblick auf alle Kombinationen von zwei Pixeldaten 20 bedeutet "1", daß ein Pixel 19 zu beiden Zwischenpixeldaten 50, die die Anzahl der Zwischenpixel 41 darstellt, und zum Adreßdatum 38-b hinzuaddiert wird.
Mit anderen Worten, auf das gleiche Pixel 19-a in der vorherigen Aktion wird durch das Adreßdatum 38-a zugegriffen und gleichzeitig wird auf ein neues Pixel 19-c, das Zugang zu dem Pixel 19-b in der vorherigen Aktion hat, durch ein neues Adreßdatum 38-b zugegriffen. Die obige Aktion wird wiederholt im Hinblick auf die Kombination eines Pixeldatums 36 und eines Brennpunktpixeldatums 34, auf die durch das Adreßdatum 38-a zugegriffen wird, und auf das Pixeldatum 36 und das Brennpunktpixeldatum 34, auf die von diesem neuen Adreßdatum 38-b zugegriffen wird. Nur wenn der Objektpunkt 21, dessen ihm entsprechendes Koinzidenzdatum 46 gleich "1" sein sollte, außerhalb der Schärfentiefe der Linse fällt, werden die CCDs 3-a, 3-b in eine neue erste Position bewegt. Ein neues Bilddatum 6-1 in dieser neuen ersten Position wird im Bildspeicher 23-1 abgespeichert, und auf ähnliche Weise werden vier neue Bilddaten 6 in jeder neuen Position in jedem Bildspeicher 25 abgespeichert. Danach wiederholen sich die gleichen Aktionen im Brennpunktextraktionsabschnitt (B) und im Koinzidenzabschnitt (C).
Beziehen wir uns nun auf den anderen der beiden oben unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschriebenen Wege; zwei Kameras 4-a, 4-b mit den gleichen Merkmalen sind in der Hauptebene 1 angeordnet, wobei die Achsen ihrer Linsen 7-a, 7-b in einer Ebene liegen. Dann ist der Intervallabstand 10 zwischen den zwei Mittelpunkten 9-a, 9-b ist ein konstanter, fester Wert. Eine Achse der Linse 7-a der Kamera 4-a kann durch einen Schrittmotor 60 (der jetzt als Drehmotor 60 bezeichnet wird) um den Mittelpunkt der Linse 9-a geschwenkt werden. Mit anderen Worten, dieser Drehmotor 60 kann den Winkel zwischen der Standardlinie und der Achse der Linse 7-a (genannt Kamerawinkel 62) um einen festen winzigen Winkel verändern. Der Drehmotor 60 dreht die Kamera 9-a um ein Kamerawinkeldatum 63, das von der CPU 13 ausgegeben wird. Die Achse der Linse 7-b der anderen, festen Kamera 4-b steht rechtwinklig auf der Standardlinie 61. In den zwei Kameras 4-a, 4-b können die CCDs 3 durch die Kameramotoren 11 gleichzeitig entlang den Achsen der Linsen 7 bewegt werden. Mit anderen Worten, diese Kameramotoren 11 können den Kameraabstand 12 um eine feste winzige Distanz verändern. Die Kameramotoren 11 werden gemäß dem Abstandsdatum 15 bewegt, das von der CPU ausgegeben wird.
Die gleiche Aktion wie im Brennpunktextraktionsabschnitt (B) des im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Modus wird für die Bildsignale 6-a, 6-b ausgeführt. Dieser Abschnitt (B) gibt ein Brennpunktpixeldatum 34 aus, das das Pixel 19 darstellt, in dem sich der Objektpunkt 21 in der Schärfentiefe der Linse abbildet, und das diesem Punkt entsprechende Pixeldatum 20 unterscheidet sich von dem anderen Pixeldatum 20, das von dem anderen Pixel 19 ausgegeben wird, das Zugang zu diesem Pixel 19 hat. Die zwei Brennpunktpixeldaten 34-a, 34-b werden im Koinzidenzabschnitt (C) zusammen mit den Standardbilddaten 36-a, 36-b abgespeichert.
Eine Kombination zweier Pixel 9-a, 9-b, das eine im CCD 3-a und das andere im CCD 3-b, ist optisch in der gleichen Position von den Standardpixeln 39-a, 39-b. Eine Verbindungslinie zwischen dem Pixel 19-a und dem Mittelpunkt der Linse 9-a (genannt Pixellinie 47-a) und eine Verbindungslinie zwischen dem Pixel 19-a und dem Mittelpunkt der Linse 9-b (genannt Pixellinie 47-b) schneiden sich in einem Punkt. Wenn der Winkel zwischen der Pixellinie 47-a und der Achse der Linse 7-a und gleichermaßen der Winkel zwischen der Pixellinie 47-a und der Achse der Linse 7-a (genannt Pixelwinkel 64) als "X", der Kamerawinkel 62 als "Y" und der Intervallabstand 10 als "B" bezeichnet wird, wird der Abstand "P" von der Linse 2 zum Schnittpunkt der zwei Pixellinien 47-a, 47-b durch die folgende Gleichung dargestellt: (Gleichung 4)
Wenn im Schnittpunkt der zwei Pixellinien 47-a, 47-b ein Objektpunkt 21 existiert, wird die Objektentfernung 42 zu diesem Objektpunkt 21 durch die Gleichung 4 dargestellt. Mit anderen Worten, die Objektentfernung 42 wird bestimmt durch den Kamerawinkel 62, wenn der Pixelwinkel 64 und der Intervallabstand 10 festliegen. Durch Herausarbeiten der Kombinationen der beiden Pixel, in denen sich der gleiche Objektpunkt abbildet, ist es möglich, den Kamerawinkel 62 zu messen und weiter die Objektentfernung 42, die diesem Objektpunkt 21 entspricht. Mit anderen Worten, durch Herausarbeiten der Kombinationen von zwei Pixeldaten 20, die den gleichen Wert haben und die sich von demjenigen unterscheiden, das dem benachbarten Pixel 19 entspricht, ist es möglich, die Objektentfernung 42 zu messen. Die obige Beschreibung ist die des Betriebsprinzips des Koinzidenzabschnitts (C).
In diesem Koinzidenzabschnitt (C) werden die von den Brennpunktextraktionsabschnitten (B-a, B-b) ausgegebenen Brennpunktpixeldaten 34-a, 34-b in entsprechenden Brennpunktspeichern 35-a, 35-b abgespeichert, und die von den Brennpunktextraktionsabschnitten (B-a, B-b) ausgegebenen Standardbilddaten 36-a, 36-b werden in entsprechenden Standardbildspeichern 37-a, 37-b abgespeichert. Ein Pixeldatum 20-a und ein Brennpunktpixeldatum 34-a entsprechend einem Pixel 19-a in einem CCD 3-a werden von jeder Speicherzelle ausgegeben, auf die ein Adreßdatum 38 zugreift. Gleichzeitig wird das andere Pixeldatum 20-b und das andere Brennpunktpixeldatum 34-b entsprechend dem anderen Pixel 19-b im anderen CCD 3-b von jeder Speicherzelle ausgegeben, auf die das gleiche Adreßdatum 38 zugreift. Das gleiche Verfahren wie im Koinzidenzabschnitt (C) des im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Modus-wird für diese vier Daten ausgeführt. Schließlich wird das Koinzidenzdatum 46 ausgegeben, um die Kombination zweier Pixel darzustellen (eines im CCD 3-a, das andere im CCD 3-b), in denen sich der gleiche Objektpunkt 21 abbildet, und das ihm entsprechende Pixeldatum 20 unterscheidet sich von demjenigen, das dem Pixel 19, das Zugang hat, entspricht.
Der Intervallabstand 10, das Kamerawinkeldatum 63 und das Adreßdatum 38, das den Pixelwinkel 64 der zwei Pixel 19 darstellt, werden einem Entfernungsberechner 49 eingegeben, in dem das Objektentfernungsdatum 50, das die Objektentfernung 42 darstellt, gemäß Gleichung 4 berechnet wird. Nur wenn das Koinzidenzdatum 46 gleich "1" ist, wird dieses Objektentfernungsdatum 50 in eine Speicherzelle des Entfernungsspeichers 51 abgespeichert, auf die das gleiche Adreßdatum 38 Zugriff hat.
Nach Durchführung der oben beschriebenen Operation des Koinzidenzabschnitts (C) hinsichtlich aller Kombinationen von zwei Pixeldaten 20 wird die Kamera 4-a um einen bestimmten kleinen Winkel gemäß der Veränderung des Kamerawinkeldatums 63 geschwenkt. Im Brennpunktextraktionsabschnitt (B-a) werden fünf neue Bilddaten 6-a, die vom CCD 3-a ausgegeben werden, die in den gleichen fünf Positionen wie in der vorhergehenden Aktion stehen, in fünf Bildspeichern 23 abgespeichert. Dann wiederholt sich die obige Aktion im Hinblick auf alle Kombinationen von je zwei Pixeldaten 20 und zwei Brennpunktpixeldaten 34. Nur wenn der Objektpunkt 21, dessen ihm entsprechendes Koinzidenzdatum 46 gleich "1" sein sollte, außerhalb der Schärfentiefe der Linse fällt, werden die CCDs 3-a, 3-b in neue erste Positionen bewegt. Das neue Bilddatum 6-1 in dieser neuen ersten Position wird im Bildspeicher 23-1 abgespeichert und auf ähnliche Weise werden die vier anderen neuen Bilddaten 6 in entsprechenden neuen Positionen in entsprechenden Bildspeichern 25 abgespeichert. Danach wiederholen sich die gleichen Operationen im Brennpunktextraktionsabschnitt (B) und im Koinzidenzabschnitt
Ferner kann bei dem im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Modus das Pixel 19 jedes CCDs 3, das das Bild des Objektpunkts 21 bildet, der sich innerhalb der Schärfentiefe der Linse befindet und dessen entsprechendes Pixeldatum 20 sich von dem anderen Pixeldatum 20 unterscheidet, das dem anderen Pixel 19 entspricht, das Zugang zu dem besagten Pixel 20 hat, durch Suchen des Spitzenwerts des Kontrastdatums 27 gewonnen werden.
Der Aufbau und die Arbeitsweise der oben beschriebenen Ausführungsform der Erfindung läßt sich auf verschiedene Weise abändern, ohne von Umfang und Wesensart der Erfindung abzuweichen, wie anhand der folgenden Beispiele gezeigt wird.
1. Das durch die Linse 2 einfallende Licht wird in drei Lichtstrahlen in den drei Grundfarben aufgeteilt und die Bildsignale 6, die entsprechend aus diesen drei Lichtstrahlen gewonnen werden, werden im Brennpunktextraktionsabschnitt B und im Koinzidenzabschnitt C verarbeitet. Die sich ergebenden gemessenen Entfernungen werden schließlich wieder kombiniert.
2. Im Koinzidenzabschnitt C wird ein Vergleich ausgeführt im Hinblick auf eine Vielzahl von Pixeln 19, die kontinuierlich oder intermittierend in der gleichen Richtung auf die beiden CCDs 3 ausgerichtet wurden. Im Falle, daß das Pixeldatum 20, das von den Pixeln 19 ausgegeben wird, deren relative Positionen unter der Vielzahl dieser Pixel 19 die gleichen sind, entsprechend zusammenfallen und ferner wenigstens eines der Brennpunktpixeldaten 34 im Hinblick auf diese Vielzahl von Pixeln 19 gleich "1" ist, wird das Koinzidenzdatum 46 im Hinblick auf diese Vielzahl von Pixeln 19 gleich "1".
3. Anstatt den im praktischen Beispiel der Erfindung beschriebenen elektronischen Schaltkreis einzubauen, werden ein Mikrocomputer und ein Softwareprogramm benutzt, um eine Operation mit gleichwertigen funktionellen Ergebnissen zu erzielen.
4. Bei der Verarbeitung des Bildsignals 6 eines Bildes mit relativ charakteristischen Merkmalen wird die Operation des Koinzidenzabschnitts C ausgeführt durch Suchen eines Pixelpositionsdatums als Signal, das die Position eines Pixels 19 unterschiedlicher Pixeldaten 20 anzeigt, ungeachtet dessen, ob das Bild eines Objektpunkts 21 innerhalb der Schärfentiefe des Brennpunkts liegt oder nicht, und Benutzung dieses Pixelpositionsdatums und des entsprechenden Standardbilddatums 36.
5 Der Abstand 10 im Beispiel gemäß Fig. 1 bzw. der Kamerawinkel 62 im Beispiel gemäß Fig. 3 wird durch die Betriebselemente des optischen Systems wie die Linse 2 und ein Spiegel in jeder Kamera 4 variiert.
6. In einem Objekt 5 sind Teile, die Veränderungen der gleichen Farbinformation anzeigen, dicht beieinander angeordnet. Aus diesem Grund wird beim Vergleich von Pixeldaten 20, die unterschiedlichen Objektpunkten entsprechen, das Koinzidenzdatum 46 gleich "1" und es besteht die Möglichkeit des Auftretens eines Fehlers, bei dem zwei oder mehrere Spezies der Objektentfernung 42 in den gleichen individuellen Speichern im Entfernungsspeicher 51 abgespeichert werden. In diesem Fall ist es erwünscht, weil ja nicht die korrekte Entfernung gemessen wird, daß die in den obigen individuellen Speichern gespeicherten Inhalte gelöscht werden.
Im Koinzidenzabschnitt C wird beim Abspeichern der Objektentfernungsdaten 50 in den individuellen Speichern, die mit dem Adreßdatum 38a innerhalb des Bereichs des Speichers 51 gekennzeichnet sind, wenn das Koinzidenzdatum 46 gleich "1" wird, die Information, daß das Koinzidenzdatum gleich "1" ist, in den individuellen Speichern, die vom gleichen Adreßdatum 38a gekennzeichnet sind, in einem Bestätigungsspeicher, der vom Entfernungsspeicher 51 getrennt ist, abgespeichert. Wenn dann das Adreßdatum 38a einen bestimmten Wert annimmt, wird ein Bestätigungssignal, das angibt, ob die Werte der individuellen Speicher innerhalb des Bestätigungsspeichers, der durch dieses Adreßdatum 38a angesprochen wird, "1" oder "0" betragen, vom Bestätigungsspeicher ausgegeben und wird zusammen mit dem Koinzidenzdatum 46 als Eingang in eine UND-Schaltung eingespeist. Von dieser "UND"-Schaltung wird dann ein Löschsignal ausgegeben, das "1" wird, wenn sowohl das Bestätigungssignal als auch das Koinzidenzdatum 46 "1" sind. Dieses Löschsignal wird als Eingang in den Entfernungsspeicher 51 eingeführt und, wenn dieses Signal "1" ist, hat es die Funktion, den Inhalt der individuellen Speicher, die von dem obigen Adreßdatum 38a angesprochen werden, zu löschen.

Claims

1. Vorrichtung zum Messen der Bereiche von Stellen oder Punkten eines Objektes, wobei die Vorrichtung umfaßt:

(A) ein Paar von Kameras (4-a, 4-b), die durch einen variablen Intervallabstand (10) beabstandet sind und jede der beiden Kameras (4-a, 4-b) eine Linse (2-a, 2-b), die auf einer optischen Achse (7-a, 7-b) angeordnet ist, und eine Bildfeststelleinrichtung (3-a, 3-b) aufweist mit einer Mehrzahl von Lichtempfangselementen (19-a, 19-b) zum Erzeugen von analogen Elementsignalen beim Ansprechen auf von den Stellen oder Punkten des Objektes empfangener Strahlung, wobei die Lichtempfangselemente (19-a, 19-b) rechtwinklig zu der genannten optischen Achse ausgerichtet sind;

(B) eine Einrichtung (53, 54) zum Ändern des Bildabstandes (12) beider Kameras (4-a, 4-b);

(C) ein Paar von Signalverarbeitungsstromkreisen (18), deren jeder mit der Bildfeststelleinrichtung (3-a; 3-b) der entsprechenden der Kameras (4-a, 4-b) verbunden ist, um die analogen Elementsignale in digitale Elementsignale umzuwandeln;

(D) ein Paar von Brennpunktextraktionsabschnitten (B-a, B-b), deren jeder mit dem entsprechenden der Signalverarbeitungsstromkreise (18) verbunden ist zum Liefern von Brennpunktdaten, welche für jedes Lichtempfangselement (19-a, 19-b) der entsprechenden der Bildfeststelleinrichtungen (3-a; 3-b) und für jeden Bildabstand (12) anzeigen, ob die Stelle bzw. der Punkt, die bzw. der an dem Lichtempfangselement (19) abgebildet ist, sich im Brennpunkt befindet, und jeder der Brennpunktextraktionsabschnitte (B-a, B-b) einen Speicher (23-1, 23-2, 23-3, 23-4) aufweist zum Speichern der digitalen Elementdaten;

(E) einen Koinzidenzabschnitt (C) zum Liefern eines Koinzidenzdatums bzw. einer Koinzidenzinformation (46) für solche Paare von entsprechenden Lichtempfangselementen (19), welche im Brennpunkt sind, und zum Erzeugen der gleichen analogen Elementsignale zu gleicher Zeit, wobei der Koinzidenzabschnitt (C) mit beiden Brennpunktextraktionsabschnitten (B-a, B-b) verbunden ist, um die Brennpunktdaten und die digitalen Elementdaten zu empfangen;

(F) einen Bereichsberechner (49), der auf den Intervallabstand (10) anspricht, um einen Bereich zu berechnen, wenn das Koinzidenzdatum bzw. die Koninzidenzinformation (46) geliefert worden ist;

(G) eine Mehrzahl von Bereichsspeichern (51), um die Bereiche zu speichern; und

(H) eine zentrale Verarbeitungseinheit (13) zum Erzeugen von Signalen entsprechend den Bildabständen (12) zum Liefern dieser an die Kameras (4-a, 4-b), und dem Intervallabstand (10), um diesen an die Kameras (4-a, 4-b) und an den Bereichsberechner (49) zu liefern.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (8) zum Ändern des Intervallabstandes (10) zwischen dem Paar von Kameras (4-a, 4-b).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

(A) eine Einrichtung (60) vorgesehen ist zum Ändern des Winkels (62) zwischen den genannten optischen Achsen;

(B) der Bereichsberechner (49) auf den genannten Winkel (62) anspricht, um einen Bereich zu berechnen, wenn das Koinzidenzdatum bzw. die Koinzidenzinformation (46) geliefert ist; und

(C) die zentrale Verarbeitungseinheit (13) den genannten Winkel (62) an die Kameras (4-a, 4-b) und an den Bereichsberechner (49) liefert.