DE3815373A1 - Verfahren zum feststellen des ortes von objekten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Feststellen des Ortes von im Gelände angeordneten Objekten, die mindestens einen Retroreflektor aufweisen, bei dem ein gepulster Lichtstrahl zum Objekt gesandt und das vom Retroreflektor zurückgesandte Licht mit einer Fernseh- oder Matrix-CCD-Kamera aufgenommen und ausgewertet wird, insbesondere zur Schußsimulation.

Bei Verfahren dieser Art, insbesondere aber nicht ausschließ­ lich bei der Schußsimulation, wird das Objekt beleuchtet und strahlt mit seinem Retroreflektor einen Teil des auftreffenden Lichtes zurück. Dieses Licht kann dann mit einer Fernseh- oder Matrix-CCD-Kamera aufgenommen werden und in ein elektrisches Signal umgewandelt werden. Auf einem Bildschirm kann das Objekt als ein heller Lichtpunkt beobachtet werden. Das Signal kann aber auch elektronisch zur Vermessung und dergleichen weiterverarbeitet werden. Obwohl als Lichtquelle auch eine kontinuierliche Lichtquelle verwendet werden kann, soll hier nur der häufig benutzte Fall in Erwägung gezogen werden, daß die Lichtquelle gepulstes Licht aussendet, also z.B. eine Blitzlichtlampe oder ein gepulst betriebener Laser ist.

Der Nachteil bei diesem bekannten Verfahren bei der Verwendung von kommerziellen Kameras ist, daß die Lichtintensität des ausgesendeten Lichtes (der Lichtblitze) normalerweise immer dieselbe Größe hat und auch aus Sicherheitsgründen nicht über einen gewissen Grenzwert gesteigert werden kann, während die Helligkeit der Umgebung sehr stark von der Tageszeit und Beleuchtungsverhältnissen abhängt. Aus diesem Grund ist es bei großer Helligkeit schwierig, den vom Retroreflektor reflek­ tierten Lichtpunkt zu erkennen. Dies gilt insbesondere dann, wenn z.B. in der Umgebung des Objekts nasse Blätter durch Sonnenlicht bestrahlt werden. ln diesem Fall kann es praktisch unmöglich werden, den Lichtpunkt von den anderen Reflexionen noch zu unterscheiden. Man hat zwar versucht, diese Nachteile durch Blenden, optische Filter und dergleichen zu vermeiden, hat aber dadurch gleichzeitig das Nutzsignal abgeschwächt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das Verfahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß auch bei wech­ selnden Lichtverhältnissen die von den Retroreflektoren reflektierten Lichtstrahlen deutlich festgestellt werden können.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß die Aufnahme­ zyklen der Kamera mit der Pulsfolge des Lichtstrahls synchro­ nisiert werden, wobei wenigstens ein Teil der aufgenommenen Bilder mit einer Belichtungszeit aufgenommen wird, die der Pulsdauer angepaßt ist.

Durch die Synchronisation mit der Pulsfolge und die Anpassung der Belichtungszeit an die Pulsdauer wird das gesamte von den Retroreflektoren zurückgestrahlte Licht aufgenommen. Anderer­ seits wird bei der Aufnahme das Bild der Umgebung, das von anderen Lichtquellen beleuchtet ist, in einem Verhältnis abgeschwächt, das dem Verhältnis der Belichtungszeit zu normaler Aufnahmezeit eines Bildes (Halbbildes) entspricht, z.B. bei einer zehnmal kürzeren Länge der Belichtungszeit wird das Bild der Umgebung um einen Faktor 10 in der Intensität abgeschwächt. Auf diese Weise kann durch geeignete Wahl der Pulsdauer auch bei ungünstigen Lichtverhältnissen, d.h. bei großer Helligkeit, immer noch der Ort des Retroreflektors mit der Fernseh- oder Matrix-CCD-Kamera deutlich festgestellt werden.

Zusätzlich zu diesen Bildern mit verkürzter Belichtungszeit können, falls dies gewünscht ist, auch noch zwischen zwei Pulsen normale Bilder aufgenommen werden, die dann separat ausgewertet werden können.

Insbesondere könnte abwechselnd je ein Halbbild mit verkürzter und mit normaler Belichtungszeit aufgenommen werden. Man könnte aber auch nur während eines Teiles des Halbbildes belichten und für den Rest dieses Halbbildes sowie während der Dauer des gesamten anderen Halbbildes keine Belichtung durch­ führen.

Die Belichtungssteuerung könnte dabei mit Hilfe eines Ver­ schlusses geregelt werden, wie er in ähnlicher Form z.B. bei Foto- und Filmkameras bekannt ist. Als besonders zweckmäßig hat es sich aber erwiesen, daß die auf der lichtempfindlichen Matrix nach Beendigung eines Zeitraums, für den kein Bild aufgenommen werden soll, akkumulierten Ladungen schnell abgeleitet und neutralisiert werden. In diesem Fall ist ein zusätzlicher Kameraverschluß nicht erforderlich. Die Belich­ tungszeitregulierung erfolgt vielmehr vollständig elektro­ nisch, ohne daß ein zusätzlicher Verschluß vorgesehen werden muß. Der große Vorteil ist dabei, daß für diesen Zweck normale CCD-Arrays verwendet werden können und die Belichtungszeit programmiert werden kann.

Die Neutralisierung der unerwünschten Ladungen kann im we­ sentlichen auf zwei verschiedene Weisen durchgeführt werden, wobei eine Kombination dieser beiden Möglichkeiten ebenfalls denkbar ist.

Einerseits könnten die Ladungen in Bereiche der lichtempfind­ lichen Matrix transportiert werden, in denen Antiblooming- Elektroden angeordnet sind, mit deren Hilfe sie dort neutra­ lisiert werden. Andererseits könnten die Ladungen in ein oder mehrere Schieberegister eingelesen werden und durch dasselbe transportiert werden, dessen Ausgang kurzgeschlossen ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von vorteilhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeich­ nungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines Verfahrens zum Feststellen des Ortes eines Objektes, und

Fig. 2 ein Prinzipschaltbild der verwendeten Kamera.

In Fig. 1 ist ein Retroreflektor 1 gezeigt, der das zu beob­ achtende Objekt darstellt. Man wird verstehen, daß solche Retroreflektoren an anderen Objekten leicht anzubringen sind, die beobachtet werden sollen.

Mit Hilfe eines Lasers 2 wird gepulste Laserlichtstrahlung 3 zum Retroreflektor 1 gesandt und von demselben in eine Kamera 4 mit einem Objektiv 5 reflektiert. Dabei wird die Kamera 4 mit den Pulsen des Lasers 2 synchronisiert, so daß zwar das vom Retroreflektor 1 reflektierte gepulste Licht vollständig aufgenommen wird, aber das Umgebungslicht im Tastverhältnis der Pulse abgeschwächt wird. Anschließend kann dann eine Auswertung des Bildes mit einer Schaltung 6 erfolgen.

Wenn von Synchronisierung von Laserpulsen und Aufnahmezyklus der Fernseh- oder Matrix-CCD-Kamera 4 die Rede ist, so wäre bei großen Entfernungen des Retroreflektors 1 und kurzen Pulszeiten auch noch die Laufzeit der Laserpulse vom Laser 2 zur Kamera 4 zu berücksichtigen.

In Fig. 2 ist das Prinzipschaltbild einer Matrix-CCD-Kamera gezeigt. Das in das Objektiv 5 der Kamera 4 einfallende Licht wird auf die lichtempfindliche Matrix 7 abgebildet. Da die Betriebsweise insoweit die bekannte Betriebsweise einer üblichen Maxtrix-CCD-Kamera ist, wird auf die nähere Erläute­ rung dieser Vorgänge verzichtet.

Erfindungsgemäß wird nun eine verkürzte Belichtungszeit dadurch erhalten, daß die durch die Belichtung auf der licht­ empfindlichen Matrix 7 akkumulierten Ladungen nicht erst nach Beendigung der Dauer eines Halbbildes, d.h. z.B. nach 20 msek - wie in der Videonorm gängig - in die Speichermatrix oder Schieberegister (je nach Sensortyp) 9 weitergeleitet werden, sondern bereits wesentlich früher, z.B. nach 1 msek. Von der Speichermatrix 9 werden dann diese Ladungen wie bei üblichen Kameras zur Weiterverarbeitung in der Schaltung 8 geleitet. Da es sich bei dem Verfahren um Bilder in Fernsehrastern handelt, dauert die Auslesezeit ca. 20 msek. Erst nach dieser Zeit wird die Speichermatrix 9 frei zur Aufnahme der Ladungen des zweiten Bildes (Halbbildes).

Die sich während der Zeit auf der lichtempfindlichen Matrix 7 ansammelnden Ladungen werden nicht weiterverarbeitet, sondern neutralisiert. Dies kann z.B. dadurch geschehen, daß die Ladungen am Ende der Aufnahmezeit des ersten Bildes (Halbbil­ des) in Bereiche der lichtempfindlichen Matrix 7 transportiert werden, in denen diese mit Antiblooming-Elektroden versehen ist, z.B. im Rand dieser Matrix 7. Solche Antiblooming-Elek­ troden sind bei 11 angedeutet. Dort können die Ladungen dann schnell mit Hilfe der Antiblooming-Elektroden neutralisiert werden.

Eine andere Möglichkeit ist es, nach Ende des ersten Halb­ bildes die Ladungen schnell durch das Schieberegister 10 hindurchzuleiten, dessen Ausgang zu diesem Zweck kurzge­ schlossen wird. Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform geschieht dies dadurch, daß die Ladungen in einem ersten Schritt zunächst in die Speichermatrix 9 eingelesen werden und erst in einem zweiten Schritt durch das Schieberegister 10 hindurchgeleitet werden. Dies ist möglich, wenn die vorher interessierenden Ladungen des Bildes, das mit den Pulsen synchronisiert ist, bereits aus der Matrix 9 wieder ausgelesen und weiterverarbeitet ist.

Claims (6)

1. Verfahren zum Feststellen des Ortes von im Gelände ange­ ordneten Objekten, die mindestens einen Retroreflektor aufweisen, bei dem ein gepulster Lichtstrahl zum Objekt gesandt und das vom Retroreflektor zurückgesandte Licht mit einer Fernseh- oder Matrix-CCD-Kamera aufgenommen und ausgewertet wird, insbesondere zur Schußsimulation, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmezyklen der Kamera mit der Pulsfolge eines Lichtstrahls synchronisiert werden, wobei wenigstens ein Teil der aufgenommenen Bilder mit einer Belichtungszeit aufgenommen wird, die der Pulsdauer angepaßt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zwischen den mit den Pulsen synchronisierten Bildern Bilder mit normaler Belichtungszeit aufgenommen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß abwechselnd jedoch in beliebiger Reihenfolge programmier­ bar ein Bild (Halbbild) mit verkürzter oder mit normaler Belichtungszeit aufgenommen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der lichtempfindlichen Matrix nach Beendigung eines Zeitraums, für den kein Bild aufge­ nommen werden soll, akkumulierten Ladungen schnell abge­ leitet und neutralisiert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungen in Bereiche der lichtempfindlichen Matrix trans­ portiert werden, in denen Antiblooming-Elektroden ange­ ordnet sind, mit deren Hilfe sie dort neutralisiert werden.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungen in Schieberegister (je nach Sensortyp) eingelesen werden, und durch dieselbe transportiert werden, deren Ausgang kurzgeschlossen ist.