DE4121145A1 - Objektdetektionssystem fuer optisches instrument - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Objektde­ tektionssystem für ein optisches Instrument, das insbeson­ dere zum Detektieren einer Mehrzahl von Objekten beim auto­ matischen Fokussieren einer Kamera geeignet ist.

In den vergangenen Jahren erhielten passive Systeme zum Detektieren von Objekten größeres Interesse als aktive Sy­ steme, wie etwa automatische Fokussiersysteme für optische Instrumente, wie etwa Kameras. Passive Systeme verwenden na­ türliches Licht oder von einem beleuchteten Objekt reflek­ tiertes Licht, während aktive Systeme Infrarotlicht verwen­ den. Passive Systeme sind genauer und verbrauchen weniger elektrische Energie als die aktiven Systeme. Passive Systeme können in zwei große Kategorien eingeteilt werden: trigono­ metrische Meßsysteme, bei denen der Abstand zum Objekt auf der Basis von nicht durch die Aufnahmelinse gehendem, exter­ nem Licht festgestellt wird, und TTL-Systeme (Through The Lense (durch die Linse)), bei denen die Abweichung der Ka­ mera vom fokussierten Zustand auf der Basis von durch die Aufnahmelinse kommendem Licht festgestellt wird.

Beide Arten von Systemen besitzen ein Paar von in dem optischen Gerät eingebauten Bildsensoren. Jeder Bildsensor erhält eine Gruppe von Bilddaten über einen jeweils unter­ schiedlichen optischen Weg, so daß zwei Gruppen von Bildda­ ten erhalten werden, um den zuvor erwähnten Abstand oder die Abweichung vom fokussierten Zustand auf der Basis der rela­ tiven Bildpositionen, die durch die beiden Bilddatengruppen erzeugt werden, zu bestimmen. Wenngleich ein trigonometri­ sches Meßsystem, das eine externe Lichtquelle verwendet, dem Fachmann bekannt ist, wird dessen Prinzip unten kurz unter Bezugnahme auf Fig. 11 erläutert.

In Fig. 11 ist ein Paar von kleinen Linsen 11 und 12 voneinander um eine Basislänge b entfernt und erhält Licht von einem Objekt 0 durch zwei verschiedene optische Wege L1 und L2 und erzeugt Bilder des Objekts 0 auf einem Paar von Bildsensoren 13 und 14 an den Positionen P1 und P2. Der Ein­ fachheit halber wird angenommen, daß sich das Objekt 0 di­ rekt vor der Linse 12 befindet, wenn es durch den Sucher an­ visiert wird. Die Bildposition P2 auf dem Bildsensor 14 liegt direkt auf der optischen Achse der Linse 12, während die Bildposition P1 auf dem Bildsensor 13 von der Achse der Linse 13 um s abweicht, wenn sich das Objekt 0 nicht in ei­ nem unendlichen Abstand befindet.

Ein Dreieck mit einem Abstand x zum Objekt 0 auf einer Seite und der Basislänge b senkrecht zum Abstand x auf der anderen Seite ist analog zu einem Dreieck mit einer Fokus­ länge f auf einer Seite und einer Abweichung s senkrecht zur Fokuslänge f auf der anderen Seite. Daher besteht eine Be­ ziehung x/b = f/s zwischen den beiden Dreiecken. Von diesen Variablen nehmen b und f konstante Werte an, und daher er­ möglicht die Bestimmung von s die Berechnung des Abstandes x durch x = bf/s.

Das Objekt 0 ist keine Punktquelle sondern eine ausge­ dehnte Quelle mit einer Fläche. Also werden bei der Bestim­ mung von s so viele Bilddatenpunkte als rechte Gruppe r von Bilddaten gesammelt, wie es Sensoren im rechten Bildsensor 14 gibt, und dieselbe Anzahl von Bilddatenpunkten wird als linke Gruppe l von Bilddaten durch den linken Bildsensor 13 gesammelt. Die Bilddatenpunkte werden für verschiedene Posi­ tionen, also für verschiedene Werte von s gesammelt. Die je­ weiligen Bilddaten in der rechten Gruppe werden mit den je­ weiligen Bilddaten der linken Gruppe, eines nach dem ande­ ren, verglichen. Eine Abweichung oder Verschiebung s der Bildposition P1 von der optischen Achse der Linse 11 wird auf der Basis der Positionen der Bilddaten in der Gruppe l bestimmt, bei denen die Bilddaten in der linken Gruppe l mit denen in der rechten Gruppe r übereinstimmen.

In der Praxis stimmen die Daten der linken und rechten Gruppen l und r oft nicht miteinander überein. Daher werden Auswertungen der Korrelationen zwischen den beiden Gruppen für alle Bilddatengruppen l, die von dem linken Bildsensor 13 abgetastet werden können, durchgeführt, so daß die Ver­ schiebung s auf der Basis einer abgetasteten Position einer Bilddatengruppe l bestimmt wird, die eine maximale Korrela­ tion aller ausgewerteten Bilddatengruppen angibt. Zusätzlich ist es üblich, daß die Position der Aufnahmelinse direkt über die Verschiebung s und nicht über die Berechnung des Abstandes x auf der Basis der Verschiebung s bestimmt wird.

Um den Abstand zum Objekt und die damit verbundene Ab­ weichung der Fokussierung eines optischen Instruments zu be­ stimmen, ist es notwendig, das Objekt durch ein Paar von Bildsensoren zu betrachten. Zum Beispiel besitzt in Fig. 11 der Bildsensor 14 ein Blickfeld mit einem Feldwinkel v be­ züglich der optischen Achse der Linse 12. Wenn das Objekt 0 innerhalb des Feldes v liegt, kann es mit höherer Genauig­ keit detektiert werden, da zunehmende Datenmengen, die die Objektfläche angeben, gesammelt werden. Also wird das Objekt umso genauer detektiert, je breiter der Feldwinkel ist. Je­ doch entstehen praktische Probleme im Hinblick auf eine Ver­ größerung des Blickfeldes.

Wie in Fig. 12 gezeigt, fallen, wenn das Blickfeld v1 groß ist, oft eine Mehrzahl von Objekten, zum Beispiel 01 und 02, in den Feldwinkel, und es bleibt unbestimmt, wel­ ches Objekt tatsächlich detektiert wird, wodurch eine feh­ lerhafte Detektion resultiert. Wenn umgekehrt der Feldwinkel klein ist, wie durch v2 dargestellt, kann es sein, daß kein Objekt im Blickfeld liegt, wodurch ein Ausfall der Objektde­ tektion resultiert.

Daher sollte das Blickfeld sorgfältig ausgewählt werden. Herkömmlicherweise wurden oft schmale Feldwinkel ausgesucht, um eine fehlerhafte Detektion eines Objektes zu vermeiden, da bei einem Detektionsausfall der Benutzer darüber infor­ miert wird, daß das Objekt nicht detektiert wurde, so daß er wiederholt versuchen kann, das Objekt zu detektieren. Jedoch verliert der Benutzer eine gute Gelegenheit, den Auslöser zu betätigen. Der mit einem schmalen Feldwinkel verbundene Nachteil kann durch Kombination des Systems mit einer soge­ nannten Fokusverriegelungsfunktion gelöst werden. In einem solchen Fall wird der Betrieb komplexer und umfaßt zwei Stu­ fen. Wenn das optische Instrument während der zweistufigen Operation auch nur durch eine kleine Bewegung bewegt wird, kann das sogenannte "Handschütteln" die Leistung des Instru­ ments verderben.

Wenn der Feldwinkel schmal gehalten wird, kann ein nicht auf der optischen Achse des optischen Instruments liegendes Objekt durch ein Distanzdetektionsverfahren (veröffentlichte, ungeprüfte japanische Patentanmeldungen Nr. 60-15 506 und 61-1 20 001) festgestellt werden, bei dem der Abstand zu dem Objekt in einer geneigten Richtung festge­ stellt wird. Diese Technik ist insofern unzureichend, als bei Anwesenheit mehrerer Objekte nicht genügend Daten zur Auswahl eines Objektes erhalten werden.

Die vorliegende Erfindung erfolgte mit Hinblick auf die oben erwähnten Umstände und hat zur Aufgabe, ein Objektde­ tektionssystem zur Verfügung zu stellen, bei dem zur Detek­ tion eines Objekts weitere Feldwinkel des optischen Instru­ ments erhalten werden und bei dem eine Mehrzahl von Objekten innerhalb eines Blickfeldes selektiv detektiert werden kann.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, Daten zu erzeu­ gen, die angeben, welches Objekt ausgewählt werden soll, wenn eine Mehrzahl von Objekten vorhanden ist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, die Detektion des Abstandes zu den jeweiligen Objekten innerhalb des Blickfeldes oder die damit verbundene Detektion des Fokus­ sierzustandes zu ermöglichen.

Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden zum Teil in der nachfolgenden Beschreibung erläutert oder können durch Ausführen der Erfindung erfahren werden. Die Aufgaben und Vorteile der Erfindung können durch die insbesondere in den beigefügten Patentansprüchen dargelegten Vorrichtungen gelöst bzw. erreicht werden.

Zum Lösen der Aufgaben entsprechend dem Zweck der Erfin­ dung, wie sie hierin dargestellt und ausgeführt ist, umfaßt das Objektdetektionssystem für ein optisches Instrument mit zwei Bildsensoren, die Licht von Objekten in einem Blickfeld über verschiedene optische Pfade empfangen, wobei jeder Bildsensor eine Gruppe von Bilddaten erzeugt, die die Bilder von den Objekten im Blickfeld darstellen:
eine Untergruppenabtastvorrichtung zum Bilden von Unter­ gruppen von Bilddaten, wobei jede der Untergruppen Bilddaten darstellt, die einem Bereich des Bildfeldes entsprechen, und zum Bilden von Paaren von Untergruppen, wobei jedes Paar von Untergruppen eine Untergruppe umfaßt, die aus jeder Gruppe der Bilddaten gebildet ist, und wobei beide Untergruppen je­ des Paares von Untergruppen denselben Bereich des Bildfeldes darstellen;
eine Korrelationstestvorrichtung zum Testen von sich der Reihe nach überlappenden Segmenten von Bilddaten jeder Un­ tergruppe in jedem Paar von Untergruppen auf eine hohe Kor­ relation zwischen entsprechenden Segmenten von Bilddaten von den Untergruppen jedes Paares; und
eine Vorrichtung zum Unterscheiden von Clustern der Seg­ mente von Bilddaten mit hoher Korrelation und zum Auswählen einer der festgestellten Cluster auf der Basis eines vorge­ gebenen Kriteriensatzes.

Die beigefügten Zeichnungen, die Bestandteil dieser Pa­ tentschrift sind, zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zum Erklären der Aufgaben, Vorteile und Prinzipien der Erfindung.

Fig. 1 zeigt die Grundstruktur eines Objektdetektionssy­ stems nach der vorliegenden Erfindung im Hinblick auf eine Autofokuskamera, die ein trigonometrisches Meßsystem verwen­ det.

Fig. 2 ist ein Diagramm, das die Funktionsweise des Ab­ tastens von Untergruppen zeigt.

Fig. 3 ist ein Diagramm von Untergruppen und kleinen Un­ tergruppen, durch das die Funktionsweise der Korrelations­ testvorrichtung dargelegt wird.

Fig. 4 zeigt die räumliche Beziehung zwischen Objekten und Untergruppen in Bildsensoren, die mit der Operation des Testens der Korrelationsdaten verbunden sind.

Fig. 5 zeigt eine Verteilung von Korrelationsdaten, die dem in Fig. 4 gezeigten Beispiel der Operation des Testens der Korrelationsdaten entspricht.

Fig. 6 zeigt die Verteilung von Korrelationsdaten, die zum Beschreiben der Funktionsweise der Detektion von Objek­ ten verwendet wird.

Fig. 7 ist ein Flußdiagramm, das die Operationen des Ab­ tastens einer Untergruppe und des Testens der Korrelations­ daten darlegt.

Fig. 8 ist ein Flußdiagramm, das die Operation des Te­ stens von Objekten darlegt.

Fig. 9 zeigt die räumlichen Beziehungen zwischen Objek­ ten und Untergruppen in Bildsensoren, die mit dem Betrieb einer Autofokuskamera verbunden sind, auf die das trigonome­ trische Meßsystem nach der vorliegenden Erfindung Anwendung findet.

Fig. 10 zeigt den allgemeinen Aufbau einer Autofokuska­ mera, auf die das TTL-System nach der vorliegenden Erfindung angewendet wird.

Fig. 11 zeigt das Arbeitsprinzip eines trigonometrischen Meßsystems nach dem Stand der Technik.

Fig. 12 zeigt die räumlichen Beziehungen zwischen dem Objekt und dem optischen Instrument und illustriert die mit den Systemen nach dem Stand der Technik verbundenen Pro­ bleme.

Wenn ein Objekt oder eine Mehrzahl von Objekten inner­ halb des Blickfeldes eines Bildsensors auf der Basis eines Paares von Objektbilddatengruppen, die von einem Paar von Bildsensoren, die Licht über verschiedene optische Pfade er­ halten, detektiert wird, werden die oben erwähnten Aufgaben durch ein nachfolgend beschriebenes, erfindungsgemäßes Ob­ jektdetektionssystem für ein optisches Instrument gelöst.

Ein erfindungsgemäßes System besitzt ein Paar von Bild­ sensoren, deren Feldwinkel viel breiter als in herkömmlichen Systemen ist. Zwei Gruppen von Bilddaten werden von einem Paar von Bildsensoren erhalten. Die beiden Gruppen von Bild­ daten stellen das Bild des Blickfeldes dar, das ein Objekt enthält. Das Objekt wird durch Untersuchung des Inhalts der beiden Gruppen von Bilddaten detektiert.

Zunächst wird eine Untergruppe aus jeder der beiden Gruppen von Bilddaten entnommen. Jede Untergruppe entspricht Bilddaten, die aus einer Richtung unter einem Winkel bezüg­ lich der optischen Achse des optischen Instruments erhalten werden. Das heißt, daß das Abtasten eines Paares von Unter­ gruppen impliziert, daß nur ein Segment oder ein Bruchteil der Feldwinkel der Bildsensoren abgetastet wird. Kombinatio­ nen einer Untergruppe von jeder der beiden Gruppen von Bild­ daten werden durch sukzessives Abtasten der Untergruppen von Bilddaten nach Verschieben des Segments des Feldwinkels, der durch die vorhergehende Untergruppe dargestellt wird, bezüg­ lich der Achse des optischen Instruments gebildet, so daß ein Objekt durch eine Reihe von sich überlappenden, aneinan­ derstoßenden Segmenten des Bildwinkels detektiert wird.

Als nächstes wird die Korrelation zwischen den Unter­ gruppen der Bilddaten getestet. Die jeweils abgetasteten Kombinationen werden auf Korrelationen der Bilddaten zwi­ schen den beiden Untergruppen für jeden aufeinanderfolgenden Bereich der Bilddaten getestet, wie in Systemen nach dem Stand der Technik. Jedoch werden, im Gegensatz zu den Syste­ men nach dem Stand der Technik, die Korrelationsdaten für jede Verschiebung lediglich berechnet, und die Verschiebung, die die größte Korrelation zeigt, resultiert nicht direkt von den Testergebnissen.

Die Korrelationsdaten für jede Verschiebung werden durch ein Datenbit dargestellt, welches angibt, ob ein lokales Korrelationsmaximum festgestellt wurde. Zum Beispiel wird der Wert "1" Korrelationsdaten einer Verschiebung zugewie­ sen, die eine lokal maximale Korrelation besitzt, während der Wert "0" den Korrelationsdaten einer Verschiebung zuge­ wiesen wird, die nicht eine lokal maximale Korrelation be­ sitzt. In herkömmlichen Systemen wird nur ein maximaler Kor­ relationspunkt festgestellt. Im Gegensatz dazu detektiert die vorliegende Erfindung lokale, maximale Korrelations­ punkte, und es kann eine Mehrzahl von lokalen, maximalen Korrelationspunkten geben. Das Objekt wird dann auf der Ba­ sis einer Sammlung von Korrelationsdaten detektiert, die die Verteilung solcher lokaler, maximaler Korrelationen darstel­ len.

Zum Verständnis der Detektion eines Objekts wird ange­ nommen, daß die oben erwähnten Korrelationsdaten sich in ei­ nem Bereich oder einer Ebene befinden, in der die zur Korre­ lationsbestimmung verwendeten Verschiebungen auf eine Achse eines Koordinatensystems gezeichnet werden und die Kombina­ tionszahlen der sukzessiv abgetasteten Paare von Untergrup­ pen auf der anderen Achse aufgezeichnet werden. Die aneinan­ dergrenzenden Segmente des Feldwinkels für jede Kombination der Untergruppen überlappen sich, und daher wird ein Objekt in einem Feldwinkel auch im nächsten Feldwinkel erscheinen, es sei denn, das Objekt ist sehr klein.

Wenn daher in dem zuvor erwähnten Bereich oder der Ebene die Korrelationsdaten eine hohe Korrelation für eine Ver­ schiebung mit einer bestimmten Kombinationszahl von Unter­ gruppen zeigen, so werden es auch die Korrelationsdaten tun, die derselben Verschiebung innerhalb der nächsten Kombinati­ onszahl von Untergruppen entsprechen. Also sind von den vielen in dem zuvor erwähnten Bereich oder der Ebene aufge­ zeichneten Korrelationsdaten eine Mehrzahl von Korrelations­ daten, die eine hohe Korrelation bezüglich eines bestimmten Objekts, das größer als eine vorgegebene Größe ist, an einer Stelle konzentriert und bilden einen "Cluster". Ein Objekt, auf das das optische Instrument gerichtet wird, wird durch Detektion eines solchen Clusters von Korrelationsdaten, die eine hohe Korrelation anzeigen, detektiert. Ein Cluster ent­ spricht einem bestimmten Objekt. Wenn es eine Mehrzahl von Clustern mit hoher Korrelation in dem zuvor erwähnten Be­ reich gibt, wird eine Mehrzahl von Objekten detektiert.

Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist die An­ zahl von Korrelationsdatenpunkten, die eine hohe Korrelation innerhalb der jeweiligen Cluster zeigt, näherungsweise pro­ portional der Größe des entsprechenden Objekts. Die Kombina­ tionszahlen von Untergruppen, die auf einer Achse des Koor­ dinatensystems gezeichnet sind, geben die Winkelrichtung ei­ nes entsprechenden Objekts an.

Die Bedeutung der auf der anderen Achse aufgezeichneten Verschiebung hängt von dem entworfenen System ab. Bei Anwen­ dung des Systems nach der vorliegenden Erfindung auf ein op­ tisches Instrument, detektiert ein trigonometrisches Meßsy­ stem die Abstände zu verschiedenen Objekten auf der Basis der Anzahl von Verschiebungen, die den jeweiligen Clustern entsprechen; während ein TTL-System, bei dem die Bilder von Objekten durch eine Aufnahmelinse einem Paar von Sensoren zur Verfügung gestellt werden, den Fokuszustand der Aufnah­ melinse bezüglich der Objekte auf der Basis der Anzahl der Verschiebungen, die den jeweiligen Clustern entsprechen, feststellt.

Die Richtung eines Objekts im Blickfeld eines Paares von Bildsensoren wird aus der Kombinationszahl der von den bei­ den Gruppen von Bilddaten abgetasteten Untergruppen abgelei­ tet, wobei die Untergruppen den zuvor erwähnten Clustern entsprechen. Die virtuelle Größe der Objekte wird aus der Größe der jeweiligen Cluster abgeleitet. Die Richtungen und die virtuelle Größe von Objekten werden bei der Entscheidung der Auswahl von Objekten verwendet, wenn eine Mehrzahl von Objekten im Blickfeld sind.

Beim Auswählen eines Objekts aus der Mehrzahl von Objek­ ten ist es vorteilhaft, eine Einstellvorrichtung zur Verfü­ gung zu stellen, die geeignet ist, jedesmal, wenn das opti­ sche Instrument arbeitet, die Kriterien zur Auswahl eines Objekts einzustellen oder zu bestimmen, so daß ein Mikrocom­ puter auf der Basis der oben erwähnten Kriterien bestimmen kann, auf welches Objekt zu fokussieren ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun unter Be­ zugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Fig. 1 zeigt die Grundkonstruktion einer Autofokuskamera, die ein trigonome­ trisches Meßsystem verwendet und in der ein erfindungsgemä­ ßes Objektdetektionssystem verwendet wird. In Fig. 1 ist ein optisches Instrument 1 eine Linsenverschlußtypkamera, die mit einer Objektiv- oder Aufnahmelinse 2, einem Verschluß 3, einem Film 4, einem Einstellglied 5 zum Einstellen der Posi­ tion der Objektivlinse 2 und einem Kodierer 6 zum Feststel­ len der Position der Objektivlinse 2 versehen ist. Das opti­ sche Instrument 1 kann zum Photographieren eines oder einer Mehrzahl von Objekten 01 und 02 verwendet werden, die sich normalerweise in verschiedenen Abständen befinden. Ein Modul für die trigonometrische Messung, der sich in dem optischen Instrument 1 befindet, umfaßt ein Paar kleiner Linsen 11 und 12, ein Paar von Bildsensoren 13 und 14 und einen A/D-Wand­ ler 15 für die Bildsensoren. Die Linsen 11 und 12 sind auf die Objekte 01 und 02 ausgerichtet und erhalten das Licht von den Objekten über die optischen Pfade L1 und L2, die räumlich verschieden sind, so daß sie Bilder der jeweiligen Objekte auf den Bildsensoren 13 und 14 erzeugen.

Am unteren Ende der Fig. 1 ist ein Prozessor 7, zum Bei­ spiel ein 8-Bit-Mikrocomputer, in das optische Instrument eingefügt. Der Prozessor 7 besitzt einen RAM, der von den Bildsensoren 13 und 14 erzeugte und von den A/D-Wandlern 15 in digitale Form umgewandelte Bilddaten LD und RD speichert.

Solche Bilddaten können auch von einem CCD-Bildsensor er­ zeugt werden, aber in diesem Ausführungsbeispiel werden die Bilddaten vorzugsweise mit einer Auflösung von 4 bis 6 Bit durch Verwendung eines Photodiodenfeldes für die Bildsenso­ ren erzeugt.

Der Prozessor 7 besitzt eine Untergruppen-Abtastvorrich­ tung 20, eine Korrelationstestvorrichtung 30 und eine Ob­ jektdetektionsvorrichtung 50, welches Elemente der vorlie­ genden Erfindung sind. Der Prozessor 7 besitzt außerdem eine Objektbestimmungsvorrichtung 70 und objektive Regelungsvor­ richtungen 80, die mit dem erfindungsgemäßen System verbun­ den sind. All die oben erwähnten Vorrichtungen können mit­ tels vom Prozessor 7 auszuführender Software implementiert sein. Zusätzlich ist eine Einstellvorrichtung 8 zum Ausgeben verschiedener, mit dem Betrieb der Objektbestimmungsvorrich­ tung 70 verbundener Einstellungen vorgesehen. Die Grundfunk­ tionen der oben erwähnten drei Vorrichtungen, wie sie in den Fig. 7 und 8 gezeigt sind, werden unter Bezugnahme auf die Fig. 2-6 beschrieben.

Fig. 2 zeigt den Betrieb der Untergruppen-Abtastvorrich­ tung 20, und der Einfachheit halber ist ein Paar kleiner Linsen 11 und 12 in einem oberen Bereich der Fig. 2 gezeigt und unter den Linsen 11 und 12 ist ein Paar von Bilddaten­ gruppen LD und RD an Stelle der Bildsensoren gezeigt. M Sen­ soren, wobei M größer als 100 ist, werden vorzugsweise ver­ wendet, um H Datenpunkte für die Bilddatengruppen LD und RD, die Bildmuster einschließlich von Objekten innerhalb eines wesentlich weiteren Feldwinkels als bei herkömmlichen Syste­ men darstellen, zu erzeugen. Der einfachen Beschreibung hal­ ber werden die Bilddatengruppen LD und RD durch Lp und Rq dargestellt, wobei p und q ganze Zahlen sind, die bei 1 be­ ginnen.

Die Untergruppen-Abtastvorrichtung tastet der Reihe nach die Untergruppen Ld und Rd, die an der Unterseite der Figur gezeigt sind, der Bilddatengruppen LD und RD ab. Die Anzahl m der Bilddaten in jeder Untergruppe beträgt zum Beispiel 24, etwa 1/4 bis 1/5 der Anzahl M der gesamten Bilddaten. Es zeigt sich, daß die Untergruppen Ld und Rd ein Bildmuster in einem Feldwinkel vp darstellen, der wesentlich schmaler ist als der Feldwinkel v für die Bilddatengruppen LD und RD. Auf ähnliche Weise tastet die Untergruppen-Abtastvorrichtung die Untergruppen Ld und Rd der Bilddatengruppen LD und RD eine nach der anderen nach dem jeweiligen Verschieben des Bildda­ tenpunktes ab.

Der Einfachheit halber wird die i-te Kombination der linken Untergruppe Ld und der rechten Untergruppe Rd als Ci identifiziert, wobei eine Variable i verwendet wird, die bei 1 beginnt, wie auf der linken Seite der Fig. 2 gezeigt. Wie offensichtlich ist, beträgt der Maximalwert im der Variablen i M-m+1. In Fig. 2 liegt ein mittlerer Bilddatenpunkt in der linken Untergruppe Li bei einem Winkel R bezüglich der opti­ schen Achse Lc des optischen Instruments. Das Segment vp des Feldwinkels besitzt einen bestimmten Winkel bezüglich der optischen Achse Lc für die Kombinationszahl l eines Paares von Untergruppen.

Fig. 3 zeigt die Skizze des von der Korrelationstestvor­ richtung 30 für ein wie oben beschrieben abgetastetes Paar von Untergruppen Ld und Rd durchgeführten Korrelationstests. In diesem Testentwurf werden kleine Untergruppen l und r, die jeweils n Bilddatenpunkte enthalten, der Reihe nach von den Untergruppen Ld und Rd, die jeweils m Bilddatenpunkte enthalten, abgetastet, so daß die kleinen Untergruppen l und r jeweils in entgegengesetzter Richtung zum Ende der Unter­ gruppen Ld und Rd durch jedesmaliges Verschieben um einen Bilddatenpunkt abgetastet werden. Dann wird bei jedem Abta­ sten die Korrelation zwischen den kleinen Untergruppen l und r getestet.

Eine Auswertefunktion, die zum Korrelationstesten ver­ wendet wird, kann durch Addieren der Absolutwerte für alle Differenzen zwischen den entsprechenden Bilddatenpunkten in den jeweiligen Paaren der kleinen linken und rechten Unter­ gruppen mit jeweils n Bilddaten erhalten werden. Wenn alle entsprechenden Bilddaten miteinander übereinstimmen, ist der Wert der Auswertefunktion 0. Aber normalerweise besitzt diese Funktion einen endlichen Wert. Dieser Wert wird als Korrelationsdatenpunkt bezeichnet. Fig. 3 zeigt auf der lin­ ken Seite Kombinationen der kleinen Untergruppen l und r über Cj aufgezeichnet, wobei j mit 0 beginnt und der Maxi­ malwert jm davon 2(m-n) ist. Die Anzahl n von Bilddaten in einer kleinen Untergruppe wird zum Beispiel als 16 ausge­ wählt, etwa 2/3 der Anzahl m der Bilddaten in einer Unter­ gruppe.

Ein Paar von kleinen Untergruppen der ersten Kombination C0 wird so abgetastet, daß ein kleines Segment von der am weitesten rechts liegenden, kleinen Untergruppe in der Un­ tergruppe Ld und das andere Segment von der am weitesten links liegenden, kleinen Untergruppe der Untergruppe Rd ab­ getastet wird. Die Bildsensoren 13 und 14 sind bezüglich der kleinen Linsen 11 und 12 nach links und rechts so angeord­ net, daß die erste Kombination C0 eine hohe Korrelation zeigt, wenn das Objekt, das den Untergruppen Ld und Rd im Feldwinkel vp in Fig. 2 entspricht, unendlich weit entfernt ist.

Wenn das Objekt vom Unendlichen näher zur Linse kommt, bewegt sich das Bild des Objekts in der linken Untergruppe Ld nach links und in der rechten Untergruppe Rd nach rechts. Daher bewegt sich die Kombination, die eine hohe Korrelation zeigt, in Fig. 2 nach unten. Um der hohen Korrelation zu folgen, wird das oben beschriebene cj durch Abtasten der kleinen Untergruppen l und r von den Untergruppen Ld und Rd jeweils durch jedesmaliges Verschieben um einen Bilddaten­ punkt erzeugt. Die Variable j gibt die Anzahl der Verschie­ bungen an. Wenn j=0, ist die Kombination Cj gleich C0.

Die Fig. 4 und 5 zeigen den Betrieb einer solchen Korrelationstestvorrichtung. Wie in Fig. 4 gezeigt, gibt es üblicherweise eine Mehrzahl von Objekten im Feldwinkel vp, die den Untergruppen Ld und Rd entsprechen. Das Ergebnis des Testens der Korrelation für verschiedene Werte von j durch die in Fig. 3 gezeigte Prozedur ist in Fig. 5 gezeigt, wo die Korrelationsdaten F eine Mehrzahl von Spitzen und Tälern besitzen. Da die Werte von j auf der Abszisse sich schritt­ weise ändern, ändern sich auch die Korrelationsdaten F auf der Ordinate schrittweise. Die Kurve in Fig. 5 wurde für eine bessere Betrachtung als eine sich stetig ändernde Kurve gezeichnet. Je niedriger die Korrelationsdaten in Fig. 5 sind, desto höher ist die Korrelation. In der Figur ist die Korrelation maximal an den Punkten j1 bis j4, wo die Korre­ lationsdaten F minimal sind. Während die Testvorrichtung nur solche Korrelationsdaten F, wie sie in Fig. 5 gezeigt sind, zu berechnen hat, wird angenommen, daß ein Ein-Bit-Korrela­ tionsdatenpunkt für die Verschiebungen j1, j2 und j3, wo die Korrelation ein lokales Minimum unterhalb eines vorgegebenen Schwellwertes Ft erreicht, "1" ist und daß er "0" für alle weiteren Verschiebungswerte ist.

Fig. 6 zeigt den Betrieb der Objektdetektionsvorrichtung 50, die mit den oben beschriebenen Korrelationsdaten verbun­ den ist. Die Abszisse gibt die Kombinationsnummer i der Paare von Untergruppen an, die von der Untergruppen-Abtast­ vorrichtung 20 abgetastet worden sind, und die Ordinate gibt die Verschiebungswerte j an, die von der Korrelationstest­ vorrichtung 30 verwendet worden sind. Die Korrelationsdaten werden in eine Fläche A gezeichnet. Wenn die Korrelationsda­ ten in Mehrbitform vorliegen, werden die Korrelationsdaten in einer dreidimensionalen Kurve gezeichnet. In diesem Bei­ spiel liegen die Korrelationsdaten in Einbitform vor und werden als kleiner Kreis gezeichnet, wobei jeder kleine Kreis ein lokales Maximum der Korrelation angibt. In Fig. 6 ist eine beachtliche Anzahl von lokal maximalen Korrelations­ punkten, also von Objekten im Feldwinkel des Bildsensors verteilt. Wie oben erwähnt, erzeugen Objekte, die größer als eine vorgegebene Größe sind, eine maximale Korrelation für aneinanderstoßende Feldwinkel, das heißt für zwei Paare von Untergruppen mit aufeinanderfolgenden Werten von j. Daher werden unter Verwendung solcher lokaler Maximumskorrelatio­ nen Cluster von lokalen Maximumspunkten wie etwa G1 bis G3 detektiert. Wenn die Korrelationsdaten in einer Einbitstruk­ tur vorliegen, die nur lokal maximale Korrelationspunkte an­ gibt, reihen sich die lokalen Maximumspunkte in den Clustern G1-G3 in der Richtung von i auf. Wenn die Korrelationsdaten ähnlich der Auswertefunktion sind, sind die Punkte, die eine hohe Korrelation anzeigen, in zwei Dimensionen verteilt.

Der genaue Betriebsablauf des Systems nach der vorlie­ genden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Flußdia­ gramme in den Fig. 7 und 8 beschrieben. Fig. 7 zeigt den Ablauf des Abtastens der Untergruppen und des Testens der Korrelation. Fig. 8 zeigt den Ablauf der Detektion eines Ob­ jekts. Die linke Spalte in Fig. 7 zeigt den Ablauf des Abta­ stens der Untergruppen. Bei Schritt 20 werden die Daten Dj, wo die oben erwähnten Ein-Bit-Korrelationsdaten für alle Werte der Variablen i für jeden Wert der Variablen j gesam­ melt werden, auf 0 zurückgesetzt. Die Daten Dj sind 9-15 By­ tes lang. Bei Schritt 21 wird der Kombinationszahl i des Paares von Untergruppen eine "1" zugewiesen, um die erste, in Fig. 2 gezeigte Kombination C1 zu bestimmen.

Bei Schritt 30 wird der Variablen j eine "0" zugewiesen, um die erste Kombination C0 eines Paares von kleinen Unter­ gruppen zu bestimmen, und eine "1" wird einer Vorzeichenva­ riablen SN zugewiesen. Der Schritt 31 ist ein Schritt zum ersten Einrichten des Korrelationstests, wobei eine Schwell­ wertvariable Ft in Fig. 5 in eine Minimalwertvariable Fm der Auswertevariablen F, die von der Auswertefunktion, aus der die Korrelationsdaten erhalten werden, abgeleitet wird, ge­ laden wird. Dann wird i der Bilddatennummer ps an der Spitze der kleinen Untergruppe l zugewiesen, und i+m-n wird der Bilddatennummer qs an der Spitze der kleinen Untergruppe r zugewiesen. Es ist festzustellen, daß diese Werte von ps und qs die Bilddaten an der Spitze sind, die der ersten Kombina­ tion C0 entsprechen.

Dann wird bei Schritt 32 einer Datenanzahlvariablen k eine "1" zugewiesen, und in Schritt 33 wird eine "0" der Auswertevariablen F zugewiesen, und die Bilddatenzahlen p und q werden jeweils in die Spitzenbilddatenzahlen ps und qs eingegeben. Schritt 34 dient zum Berechnen der Korrelation, wobei zur Auswertevariablen F der Absolutwert der Differenz zwischen den Bilddaten Lp der kleinen Untergruppe l und den Bilddaten Lq der kleinen Untergruppe r addiert wird. Bei Schritt 35 wird entschieden, ob die Datenanzahlvariable k kleiner ist als ihr Maximalwert km oder die Anzahl der n der Bilddaten. Wenn die Antwort JA ist, dann werden die Datenan­ zahlvariable k und die Zahlen p und q der Bilddaten um "1" inkrementiert, und der Ablauf geht zu Schritt 34 zurück, um dieselbe Operation zu wiederholen. Wenn die Datenanzahlva­ riable k ihren Maximalwert km erreicht, ist die Berechnung der Auswertevariablen F vollständig.

Das Programm geht von Schritt 35 zu Schritt 37, wo ent­ schieden wird, ob die Auswertevariable F kleiner ist als ihr Minimalwert Fm. Wenn die Antwort JA ist, wird der Auswerte­ variablen F in Schritt 38 ihr Minimalwert Fm zugewiesen. Wenn die Antwort NEIN ist, wird entschieden, ob der augen­ blickliche Minimalwert kleiner ist als der zuvor erwähnte Schwellwert Ft. In den anfänglichen Programmdurchläufen ist die Entscheidung NEIN. Daher geht das Programm von Schritt 39 oder Schritt 38 zu Schritt 40, wo der Wert der Variablen j mit ihrem Maximalwert jm verglichen wird. In den anfängli­ chen Programmdurchläufen ist die Antwort JA und das Programm geht zu Schritt 41, wo die Variable j inkrementiert wird. Bei Schritt 42 wird die Vorzeichenvariable SN auf einen po­ sitiven oder negativen Wert überprüft. Wenn SN positiv ist, wird die Spitzenbilddatenzahl qs der kleinen Untergruppe r in Schritt 43 um "1" dekrementiert; wenn SN negativ ist, wird die Spitzenbilddatenzahl ps der kleinen Untergruppe l um "1" inkrementiert. Auf jeden Fall wird in Schritt 45 das Vorzeichen der Variablen SN umgekehrt.

Danach geht das Programm zu Schritt 32 zurück, wo die Auswertevariable F für die nächste Kombination der kleinen Untergruppe berechnet wird. Die Auswertevariable F wird für jeden Wert der Variablen j berechnet, die in der in Fig. 3 gezeigten Weise inkrementiert wird, und Fm wird durch eine neue Auswertevariable F ersetzt, wann immer die Auswerteva­ riable F kleiner als der augenblickliche Maximalwert Fm ist. Wenn die Auswertevariable F größer als Fm ist, wird ent­ schieden, ob der Minimalwert Fm zu diesem Zeitpunkt kleiner als der Schwellwert Ft ist. Das Programm geht nur dann zu Schritt 46 weiter, wenn die Antwort JA ist. Wenn die Antwort in Schritt 39 JA ist, gibt der zuvor berechnete und gespei­ cherte Minimalwert Fm die in diesem Ausführungsbeispiel zu bestimmende, lokal maximale Korrelation an. Daher wird in Schritt 46 das dem vorhergehenden Wert entsprechende DJ-1 um "1" für Ein-Bit-Korrelationsdaten inkrementiert, und der Mi­ nimalwert Fm wird auf den Schwellwert Ft zurückgesetzt, und das Programm geht nach Schritt 40 zurück.

Danach springt nach Beendigung der Rechenoperation für alle Werte der Variablen j für einen Wert der Variablen i in Fig. 6 das Programm von Schritt 40 nach Schritt 22. In Schritt 22 wird entschieden, ob die Variable i kleiner als ihr Maximalwert im ist. Wenn die Antwort JA ist, wird die Variable i in Schritt 23 inkrementiert, die Daten Dj werden für alle Werte der Variablen j verdoppelt, und die zuvor er­ wähnten Ein-Bit-Korrelationsdaten werden für den inkremen­ tierten Wert von i gespeichert. Dann springt das Programm nach Schritt 30, und danach wird der gleiche Ablauf wieder­ holt. Nach Beendigung des Ablaufs für alle Werte der Vari­ ablen i, endet das Programm von Schritt 22 und be­ schließt den Ablauf der Fig. 7.

Auf diese Weise wird die Berechnung der Korrelationsda­ ten beendet. Der Ablauf der Detektion eines Objekts wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 8, deren Ablauf der Fig. 6 ent­ spricht, beschrieben. Bei Schritt 50 wird der Objektzahl k, die von der Zahl k in Fig. 7 verschieden ist, der Wert "0" zugewiesen und die Variable j wird auf 0 gesetzt. Bei Schritt 51 wird entschieden, ob die der Variablen j entspre­ chenden Daten Dj gleich 0 sind. Wenn sie null sind, geht das Programm zu Schritt 52, um zu entscheiden, ob die Variable j ihren Maximalwert jm erreicht hat. Wenn die Variable j nicht ihren Maximalwert erreicht hat, wird die Variable j inkre­ mentiert, und das Programm geht zu Schritt 51 zurück, nach Daten Dj zu suchen, die nicht gleich 0 sind. Wenn Daten Dj ungleich Null gefunden werden, kehrt das Programm von Schritt 51 zum Anfangsschritt 54 zurück, um nach einem Clu­ ster zu suchen.

In Schritt 54 wird die Variable i auf 1 gesetzt, die Größenvariable S des Clusters wird auf 0 gesetzt, und das Flußauswahlflag SF wird auf 1 gesetzt. In Schritt 55 werden die Daten Dj verdoppelt, um einen Überlauf des höchstwerti­ gen Bits zu verursachen. Wenn das höchstwertige Bit 1 ist, wird ein Träger CF ausgegeben. In Schritt 56 wird entschie­ den, ob der Träger CR gleich 0 ist.

Wenn die Entscheidung bei Schritt 56 NEIN ist, wird der Träger CF ausgegeben, das Programm geht zu Schritt 57, um "1" zur Größenvariablen S zu addieren, und wenn die Daten Dj in Schritt 58 nicht leer sind und wenn die Variable i nicht ihren Maximalwert im erreicht hat, dann wird die Variable i bei Schritt 60 inkrementiert und das Programm geht nach Schritt 55 zurück, um nach einer in Dj enthaltenen "1" zu suchen. Wenn die Antwort in Schritt 56 JA ist, wird in Schritt 61 entschieden, ob die Größenvariable noch 0 ist. Wenn die Antwort in Schritt 61 JA ist, wird in Schritt 62 entschieden, ob das Auswahlflag SF 0 ist. Da das Auswahlflag SF "1" ist, geht das Programm nach Schritt 58. Wenn die Grö­ ßenvariable nicht 0 ist, wird in Schritt 63 entschieden, ob die Größenvariable kleiner ist als ein vorgegebener Schwell­ wert St. Falls JA, wird die Größenvariable in Schritt 65 auf 0 zurückgesetzt, und das Programm geht zu Schritt 62, und falls NEIN, also wenn die Größenvariable S einen Cluster an­ zeigt, der größer als ein vorgegebener Schwellwert St ist, geht das Programm durch Schritt 64, um die Cluster zu spei­ chern, und geht dann nach Schritt 65.

Bei Schritt 64 wird die Objektzahl k um "1" inkremen­ tiert und der Wert der Variablen S wird in der k entspre­ chenden Clustergröße Sk gespeichert, der Wert von i-1-S/2 wird auf Ik gesetzt, um die Position der mittleren Variablen in der Richtung von i anzugeben, und j wird auf Jk gesetzt, um eine Position des Clusters in Richtung der Variablen j anzugeben.

Danach geht das Programm durch die Schritte 65 und 62 nach Schritt 58, wo entschieden wird, ob die Daten Dj gleich 0 sind. Wenn die Daten Dj gleich 0 sind, geht das Programm von Schritt 58 nach Schritt 56, und wenn der Ablauf für alle Werte der Variablen i durchgeführt worden ist, geht das Pro­ gramm von Schritt 59 zu Schritt 66. Bei Schritt 66 wird das Auswahlflag SF auf 0 gesetzt, und das Programm geht nach Schritt 61. Ein dem oben ausgeführten ähnlicher Ablauf wird nochmals durchgeführt. Da das Auswahlflag 0 ist, nimmt das Programm den Weg sowohl von Schritt 61 als auch von Schritt 65 nach Schritt 52 über Schritt 62, wo der Ablauf für den nächsten Wert der Variablen j durchgeführt wird.

Wenn der oben erwähnte Ablauf für alle Werte der Vari­ ablen j durchgeführt ist, und die Variable j ihren Maximal­ wert jm erreicht hat, geht das Programm von Schritt 52 nach Schritt 67, wo der Wert der Objektzahl k als die Zahl der detektierten Objekte gespeichert wird. Das Programm ist dann beendet.

Der Betrieb eines erfindungsgemäßen Systems wurde oben beschrieben. Die Bedeutung des Verschiebungswertes Jk, der eine vorher erwähnte Koordinate ist, die die Position von Objekten angibt, wird unter Bezugnahme auf die Fig. 9 und 10 beschrieben. Fig. 9 zeigt die relativen Positionen zwi­ schen den Linsen 11 und 12 und den Bildsensoren 13 und 14 für eines der detektierten Objekte OR im trigonometrischen Meßsystem. Die Positionen der Untergruppen Ld und Rd sind gestrichelt jeweils auf den linken und rechten Bildsensoren gezeigt, wobei die Untergruppen in der horizontalen Richtung übertrieben sind. Die Untergruppen Ld und Rd empfangen ein Objekt innerhalb des Feldwinkels RO, welches ein Winkel ist, den eine durch den Mittelpunkt der Linse als auch durch den Mittelpunkt der Untergruppe gehende Linie mit der optischen Achse der Linse einschließt. Die Bilder der Objekte sind bei P1 um s1 von dem Mittelpunkt der Untergruppe Ld entfernt und bei P2 um s2 von dem Mittelpunkt der Untergruppe Rd entfernt zentriert. Der Abstand zwischen dem Mittelpunkt der Unter­ gruppe Ld und der optischen Achse der Linse 11 und der Ab­ stand zwischen der Untergruppe Rd und der optischen Achse der Linse 12 beträgt a, und die Basislänge b zwischen den beiden Linsen wird durch eine Linie von dem Objekt und senk­ recht zur Basislänge in b1 und b2 geteilt.

In der linken Hälfte der Fig. 9 ist ein Dreieck mit ei­ nem Abstand x zum Objekt OR senkrecht zum Segment b1 der Ba­ sislänge b analog zu einem Dreieck mit einer Fokuslänge f der Linse 11 und einem Abstand s1+a zum Mittelpunkt der Linse. Also gibt es folgende Relation:

b1/x = (s1+a)/f,

und in ähnlicher Weise für die rechte Seite der Figur:

b2/x = (s2-a)/f,

woraus man die folgende Beziehung erhält:

b/x = s/f.

Das ist dieselbe Gleichung wie sie auch im Hinblick auf Fig. 11 erhalten wurde und zeigt, daß das Prinzip der trigo­ nometrischen Messung auch für die Paare von Untergruppen wahr ist. Die Summe s der Menge der Linksverschiebungen und Rechtsverschiebungen ist proportional dem Verschiebungswert Jk oder der zuvor erwähnten Koordinate, die dem Objekt OR in Fig. 9 entspricht, wobei die Koordinate durch Verschieben der Bilddaten in einem Paar von Untergruppen entsprechend der in Fig. 3 gezeigten Prozedur erhalten wird. Auf diese Weise kann der Abstand x zum Objekt OR aus dem dem Abstand x entsprechenden Verschiebewert Jk bestimmt werden.

Fig. 10 zeigt ein TTL-System. Wie wohl bekannt ist, fällt in dem TTL-System das Licht von dem Objekt 0 über die Lichtwege L1 und L2, die durch zwei verschiedene Teile der Linse 2 gehen, auf die kleinen Linsen 11 und 12 und erzeugt Bilder auf den Bildsensoren 13 und 14. Ein Film ist hinter der Aufnahmelinse 2 angeordnet, und daher wird die Richtung der auf die Linsen 11 und 12 fallenden Lichtstrahlen geän­ dert, jedoch wurde der einfacheren Beschreibung halber der Lichtweg gerade gezeichnet.

Fig. 10 zeigt drei Bilder auf ihrer rechten Seite, wovon jedes ein Bild des von den Bildsensoren 13 und 14 empfange­ nen Objekts 0 ist. Ein Bild Io ist ein genau fokussiertes Bild, ein Bild If ist ein vor dem genauen Brennpunkt erzeug­ tes Bild, und ein Bild Ib ist ein hinter dem genauen Brenn­ punkt erzeugtes Bild. Das erfindungsgemäße System detektiert die Verschiebung s1 der Bilder If und Ib bezüglich dem genau fokussierten Bild Io, wobei die Verschiebung in der Form des zuvor beschriebenen Verschiebungswertes j oder Jk ist. Es bleibt festzustellen, daß in dem TTL-System die Summe der Verschiebungen s-2s1 ist, da die Verschiebungen der beiden Bilder auf den Bildsensoren gleich sind.

Ein Vergleich des TTL-Systems in Fig. 10 mit dem trigo­ nometrischen Meßsystem der Fig. 11 zeigt, daß bei einem un­ endlich weiten Objekt die Verschiebung s im trigonometri­ schen System gleich 0 ist und sich nur in der positiven Richtung bewegt, wenn das Objekt näher kommt, wohingegen sich die Verschiebung s im TTL-System sowohl in der positi­ ven als auch in der negativen Richtung bewegt. Daher unter­ scheidet sich das TTL-System von dem trigonometrischen Meß­ system dadurch, daß die Verschiebung j eine etwas andere Be­ deutung besitzt. Das heißt, die Bildsensoren 13 und 14 sind bezüglich der Linsen 11 und 12 in Fig. 10 derart angeordnet, daß das Bild genau auf den Mittelpunkt jc des Variationsbe­ reichs 0 bis jm der Variablen oder des Verschiebungswertes j fokussiert wird. Das TTL-System unterscheidet sich von dem trigonometrischen Meßsystem nur in dieser Hinsicht. Die Richtung des Winkels ˆr eines Segments vp des Feldwinkels, innerhalb dessen ein Objekt detektiert werden soll, wird durch sequentielles Abtasten des Paares von Untergruppen entsprechend der in Fig. 2 gezeigten Prozedur verschoben, genau wie in dem trigonometrischen Meßsystem.

Daher kann in beiden Systemen die Richtung des Winkels R entsprechend dem Wert der Variablen i, die eine Kombinati­ onszahl eines Untergruppenpaares ist, geändert werden. Na­ türlich kann der Winkel R sowohl in die positive als auch in die negative Richtung geändert werden. Zum Beispiel ist in Fig. 6 der Winkel R so eingestellt, daß der Mittelpunkt ic des Variationsbereiches "1" bis im der Variablen i direkt vor dem Objekt 0 liegt.

Abschließend wird die Anwendung des trigonometrischen Meßsystems und des TTL-Systems nach der vorliegenden Erfin­ dung auf eine Autofokuskamera beschrieben.

Es wird angenommen, daß mit dem trigonometrischen Meßsy­ stem in Fig. 1 drei Objekte, die den Clustern G1 bis G3 ent­ sprechen, wie sie in Fig. 6 gezeigt sind, durch symmetrische Detektion entsprechend der Erfindung detektiert wurden. In diesem Fall hängt die Auswahl des Objektes von der Art der Verwendung des optischen Instruments ab. Zum Beispiel kann das Objekt entsprechend der folgenden Einstellungen ausge­ wählt werden:

• a) Auswahl des Objekts, das am nächsten zur Vorderseite des optischen Instruments ist.
  Das dem Cluster G2, der am nächsten zum Mittelpunkt ic der Variablen i ist, entsprechende Objekt wird ausgewählt.
• b) Auswahl des Objekts, das am nächsten zum Instrument ist.
  Die Variable j wird größer mit abnehmendem Abstand. In diesem Fall wird das dem Cluster G1 entsprechende Objekt ausgewählt.
• c) Auswahl eines Objekts, dessen virtuelle Größe am größten ist.
  Das dem Cluster G3 mit der größten Größe entsprechende Objekt wird ausgewählt.

Die oben aufgeführte Liste von Einstellungen zur Auswahl von Objekten ist nur beispielhaft und kann in geeigneter Weise entsprechend der Verwendungsart des optischen Instru­ ments aufgestellt werden.

Die Objektauswahlvorrichtung in Fig. 1 kann als in dem Prozessor 7 geladene Software implementiert sein, um ein zu fokussierendes Objekt auf die zuvor erwähnte Weise auszuwäh­ len, während eine Einstellvorrichtung 8 zum Einstellen eines Zwei- oder Drei-Bitcodes zum Bestimmen einer der oben er­ wähnten Einstellungen dient. Die Objektauswahlvorrichtung 70 empfängt einen codierten Befehl, der die von der Einstell­ vorrichtung 8 ausgegebenen Auswahleinstellungen angibt, und auf der Basis dieser Einstellung liest die Objektauswahlvor­ richtung 70 die Clustergröße Sk und die Positionskoordinaten Ik und Jk des in der Objektdetektionsvorrichtung gespeicher­ ten Clusters aus. Die Software für jede der oben erwähnten Auswahleinstellungen kann sehr einfach sein.

In dem trigonometrischen Meßsystem wird der zuvor er­ wähnte, dem Abstand des durch die Objektauswahlvorrichtung 70 ausgewählten Objekts entsprechende Verschiebungswert Jk der Objektivregelungsvorrichtung 80 zugeführt. Die Objektiv­ regelungsvorrichtung 80 regelt ein Stellglied 5 auf der Ba­ sis des Verschiebungswertes Jk derart, daß die von einem Co­ dierer 6 eingelesene Position des Objektivs oder der Aufnah­ melinse 2 eingestellt wird. Die Einstellungen der Einstell­ vorrichtung 8 können für das optische Instrument fest sein, oder sie können geeignet sein, für individuelle Photogra­ phien eingestellt zu werden.

Für Autofokuskameras des in Fig. 10 gezeigten TTL-Sy­ stems umfassen die der Objektauswahlvorrichtung 70 zuzuwei­ senden Einstellungen die Auswahl des am schärfsten fokus­ sierten Objekts, die Auswahl des am nächsten zur Vorderseite des Instruments liegenden Objekts und die Auswahl des Ob­ jekts, dessen virtuelle Größe am größten ist. Bei Auswahl des am schärfsten fokussierten Objekts wird, da die Variable j in Fig. 6 die Verschiebung aus der Fokusposition angibt, der Cluster G2 nahe an jc, wo ein Objekt exakt fokussiert ist, ausgewählt.

Die Objektauswahlvorrichtung 70 empfängt eine der Ein­ stellungen von der Einstellvorrichtung 8, um ein Objekt auf der Basis der Einstellung auszuwählen, und gibt an die Ob­ jektivregelungsvorrichtung 80 ein Signal, das den Unter­ schied zwischen dem Verschiebungswert Jh, der dem ausgewähl­ ten Objekt entspricht, und dem zentralen Verschiebungswert jc, der dem fokussierten Zustand entspricht, angibt, oder einfach ein Signal, das eine positive oder negative Polari­ tät angibt. Die Objektivregelungsvorrichtung regelt mittels des Stellglieds 5 die Position der Aufnahmelinse 2 in der durch das Signal angegebenen Richtung oder in der durch das Signal angegebenen Richtung und Geschwindigkeit, und fährt mit der Regelung fort, bis das Signal von der Objektauswahl­ vorrichtung 70 einen vorgegebenen, akzeptablen Wert angibt. Also ist das TTL-System üblicherweise eines mit einer ge­ schlossenen Regelschleife.

Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel ist nur bei­ spielhaft und es können Modifikationen in vielen Formen durchgeführt werden. Die von der Korrelationstestvorrichtung erzeugten Korrelationsdaten sind nicht auf die oben erwähn­ ten Ein-Bit-Daten beschränkt und können Auswertungswerte sein, die mit einer Auswertefunktion der Korrelationstest­ vorrichtung berechnet werden. In einem derartigen Fall ist der Betrieb der Objektdetektionsvorrichtung kompliziert, aber er ist in der Lage, ein Objekt aus einem zwei-dimensio­ nalen Cluster mit einer Korrelation, die eine hohe Korrela­ tion angibt, genau zu detektieren. Für die Objektauswahl nützliche Parameter können zusätzlich zur Clustergröße und der Koordinate des Clustermittelpunkts detektiert werden.

Auch wenn das Ausführungsbeispiel so angeordnet ist, daß die optischen Achsen der Linsen 11 und 12 mit den Mittel­ punkten der Bildsensoren 13 und 14 ausgerichtet sind, wie in Fig. 1 gezeigt, ist es vorteilhaft, daß sie voneinander ab­ weichen.

Die Positionsregelung der Aufnahmelinse ist üblicher­ weise eine Regelung durch einen geschlossenen Regelkreis, wenn die Erfindung auf eine Autofokuskamera des TTL-Typs an­ gewandt wird. Daher ist es zur Erhöhung der Regelkreisge­ schwindigkeit vorteilhaft, daß die Betriebsbereiche der Un­ tergruppen-Abtastvorrichtung und der Korrelationstestvor­ richtung nur auf die Variablen i und j beschränkt sind, die den nahe dem Objekt liegenden Clustern entsprechen.

Wenn bei der vorliegenden Erfindung Objekte innerhalb des Feldwinkels der Bildsensoren auf der Basis eines Paares von Objektbilddatengruppen, das von einem Paar von Bildsen­ soren, die das Licht von dem Objekt erhalten, detektiert werden, werden Untergruppen aus den Bilddatengruppen entnom­ men, um eine Kombination von Untergruppen zu bilden, die ei­ nem Objekt in einer Richtung unter einem Winkel bezüglich der optischen Achse des optischen Instruments entspricht. Die Kombination der Untergruppen wird für verschiedene Win­ kel durchgeführt, und die Kombination der Untergruppen wird der Reihe nach abgetastet. Das Testen wird der Reihe nach für die Korrelation der jeweiligen Bilddaten zwischen Unter­ gruppen in jeder der Kombinationen durchgeführt, wobei die Korrelation für jedes aufeinander folgende, kleine Segment in jeder Untergruppe, das durch Verschiebung der Bilddaten innerhalb der Untergruppe in die entgegengesetzte Richtung erhalten wird, getestet wird. Cluster von Korrelationsdaten mit einer hohen Korrelation werden als ein Objekt herausge­ nommen. Die Cluster bestehen aus einer Sammlung von Daten, die in der Ordnung der Verschiebung für jede der Kombinatio­ nen der der Reihe nach angeordneten Untergruppen aufgereiht sind.

Die vorliegende Erfindung ist hinsichtlich der folgenden Punkte vorteilhaft:

• a) Ein Paar von Untergruppen wird von einem Paar von Bild­ datengruppen eines Objekts in einer Richtung mit einem Win­ kel bezüglich der optischen Achse des optischen Instruments abgetastet. Der zuvor erwähnte Winkel wird der Reihe nach zum Abtasten des Paares von Untergruppen verändert, um nach Objekten innerhalb eines schmalen Feldwinkels zu suchen, der der Untergruppe entspricht. Dies dient dazu, den Feldwinkel, in dem das optische Instrument Objekte detektiert, wirkungs­ voll zu erweitern, so daß die Objekte nicht übersehen wer­ den, wie in herkömmlichen Systemen.
• b) Selbst wenn in dem Bildfeld eine Mehrzahl von Objekten existiert und einige weiter von der optischen Achse entfernt liegen als andere, können diese Objekte klar voneinander un­ terschieden werden mittels der Objektdetektionsvorrichtung auf der Basis der von der Korrelationstestvorrichtung er­ zeugten Korrelationsdaten.
• c) Die Eigenschaften wie die virtuelle Größe und die Rich­ tung des Feldwinkels sind für jedes von der Objektdetekti­ onsvorrichtung detektierte Objekt verfügbar. Daher kann, selbst wenn eine Mehrzahl von Objekten innerhalb eines Blickfeldes detektiert wird, ein gewünschtes Objekt von den anderen durch eine klar definierte Einstellung unterschieden werden. Die Einstellung kann einfach entsprechend der Ver­ wendung des optischen Instruments und den Bedingungen des Bildfeldes spezifiziert werden.
• d) Wenn die vorliegende Erfindung zur Detektion von Abstän­ den in trigonometrischen Meßsystemen und zur Detektion der Abweichung von dem exakt fokussierten Zustand in einem TTL- System verwendet wird, kann die jeweilige erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet werden. Daher ist es nur notwendig, das verwendete System bezüglich der Art und Weise, in der ein gewünschtes Objekt von den detektierten Objekten ausge­ wählt wird, anzupassen. Daher kann durch einfaches Modifi­ zieren durch die Einstellvorrichtung der Art und Weise, wie ein Objekt identifiziert wird, die vorliegende Erfindung für beide Systeme verwendet werden.
• e) Fehlfunktionen, die in gewissem Maße in herkömmlichen Systemen angetroffen werden, werden im wesentlichen vermie­ den. Wenn zum Beispiel zwei Objekte 0 in einem Feldwinkel vp existieren, wie in Fig. 4 gezeigt, wird angenommen, daß die lokalen Minimalpunkte der ausgewerteten Werte nur bei Ver­ schiebungen j1 und j3 in Fig. 5 erscheinen. Wenn jedoch die Abstände zu den beiden Objekten unterschiedlich sind, insbe­ sondere wenn sie im Blickfeld sehr nahe beieinander liegen, oder wenn das Objekt im Hintergrund liegt und schwer zu un­ terscheiden ist, kann zufällig ein falsches lokales Minimum in dem ausgewerteten Wert F bei der Verschiebung j2 erschei­ nen, und ein kleiner, falscher lokaler Minimumspunkt kann bei der Verschiebung j4 erscheinen.
• Von diesen falschen, lokalen Minimumspunkten kann der lokale Minimumspunkt bei j4 eliminiert werden, wenn eine Schwelle Ft in gezeigter Weise eingestellt wird. Jedoch kann das lokale Minimum bei j2 zufällig kleiner sein als die bei j1 und j3, und daher besteht eine Möglichkeit, daß der lo­ kale Minimumspunkt bei j2 fälschlicherweise als ein Objekt erkannt wird und eine falsche Fokussierung bewirkt. In der vorliegenden Erfindung werden die Auswertungswerte in Fig. 5 durch Änderung der Position, in der die Untergruppen Ld und Rd von den Bilddaten LD und RD in Fig. 4 abgetastet werden, berechnet. Jedes Mal, wenn die Position der Bilddatenabta­ stung geändert wird, wird der Winkel, unter dem das Objekt anvisiert wird, geändert. Eine Winkeländerung, ganz egal wie klein, kann die Wahrscheinlichkeit verringern, daß falsche, lokale Minimumspunkte an derselben Stelle auftauchen. Zum Beispiel gibt es in Fig. 6, selbst wenn ein kleiner Kreis zufällig eine falsche lokale, minimale Korrelation angibt, eine geringere Wahrscheinlichkeit, daß das falsche lokale Minimum wiederholt in der Richtung der Variablen i er­ scheint. Zwei kleine Kreise können in der Praxis der Reihe nach erscheinen, aber nicht mehr. Daher wird das Einstellen der Schwelle Ft auf zum Beispiel etwa 4 fast vollständig die Möglichkeit einer fehlerhaften Fokussierung, die aus einer falschen maximalen Korrelation resultiert, vermeiden.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung kann ein Objekt­ detektionssystem erhalten werden, bei dem Objekte fehlerlos detektiert werden können, bei dem eine Mehrzahl von Objekten klar voneinander unterschieden werden kann und bei dem eine fehlerhafte Fokussierung ausgeschlossen ist. Das erfindungs­ gemäße System wird hauptsächlich in optischen Instrumenten, wie etwa Autofokuskameras, verwendet, um deren Betriebszu­ verlässigkeit zu verbessern.

Claims (18)

1. Objektdetektionssystem für ein optisches Instrument mit zwei Bildsensoren (13, 14), die Licht von Objekten (01, 02) in einem Blickfeld über verschiedene optische Pfade (L1, L2) empfangen, wobei jeder Bildsensor eine Gruppe von Bild­ daten erzeugt, die die Bilder von den Objekten im Blickfeld darstellen, dadurch gekennzeichnet, daß es umfaßt:
eine Untergruppenabtastvorrichtung (20) zum Bilden von Untergruppen (Ld, Rd) von Bilddaten, wobei jede der Unter­ gruppen Bilddaten darstellt, die einem Bereich des Bildfel­ des entsprechen, und zum Bilden von Paaren von Untergruppen, wobei jedes Paar von Untergruppen eine Untergruppe umfaßt, die aus jeder Gruppe der Bilddaten gebildet ist, und wobei beide Untergruppen in jedem Paar von Untergruppen denselben Bereich des Bildfeldes darstellen;
eine Korrelationstestvorrichtung (30) zum Testen von sich der Reihe nach überlappenden Segmenten von Bilddaten jeder Untergruppe in jedem Paar von Untergruppen auf eine hohe Korrelation zwischen entsprechenden Segmenten von Bild­ daten von den Untergruppen jedes Paares; und
eine Vorrichtung (50) zum Unterscheiden von Clustern der Segmente von Bilddaten mit hoher Korrelation und zum Auswäh­ len einer der festgestellten Cluster auf der Basis eines vorgegebenen Kriteriensatzes.

2. Objektdetektionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Untergruppenabtastvorrichtung (20), die Korrelationstestvorrichtung (30) und die Unterschei­ dungsvorrichtung (50) einen programmierten Prozessor (7) um­ fassen.

3. Objektdetektionssystem nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Cluster Objekte im Blickfeld darstel­ len.

4. Objektdetektionssystem nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der vorgegebene Kriteriensatz die Größe eines Objekts umfaßt.

5. Objektdetektionssystem nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der vorgegebene Kriteriensatz den Abstand eines Objekts von dem optischen Instrument umfaßt.

6. Objektdetektionssystem nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der vorgegebene Kriteriensatz den Abstand eines Objekts von der optischen Achse einer Aufnahmelinse (2) umfaßt.

7. Objektdetektionssystem nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Korrelationstestvorrichtung Korrelati­ onsdaten, die ein Maß der Korrelation zwischen Segmenten von Bilddaten darstellen, für die entsprechenden Segmente von Bilddaten in jedem Paar von Untergruppen sammelt.

8. Objektdetektionssystem nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Korrelationsdaten in der Form von Ein- Bitdaten vorliegen, die angeben, ob die Korrelation einen Schwellwert übersteigt.

9. Objektdetektionssystem nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Unterscheidungsvorrichtung eine Vor­ richtung zum Unterscheiden von Clustern mit Korrelationsda­ ten, die eine hohe Korrelation anzeigen, umfaßt.

10. Objektdetektionssystem nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Bildsensoren Photodiodenfelder sind.

11. Verfahren zum Detektieren eines Objekts für ein op­ tisches Instrument mit zwei Bildsensoren (13, 14), die Licht von Objekten (01, 02) in einem Blickfeld über verschiedene optische Pfade (L1, L2) empfangen, wobei jeder Bildsensor eine Gruppe von Bilddaten erzeugt, die die Bilder von Objek­ ten im Blickfeld darstellen, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Verfahrensschritte umfaßt:
Bilden von Untergruppen (Ld, Rd) von Bilddaten aus den Gruppen (RD, LD) von Bilddaten, wobei jede der Untergruppen Bilddaten darstellt, die einem Bereich des Blickfeldes ent­ sprechen;
Bilden von Paaren von Untergruppen, wobei jedes Paar von Untergruppen eine Untergruppe umfaßt, die von jeder Gruppe der Bilddaten gebildet ist, und wobei beide Untergruppen in jedem Paar von Untergruppen denselben Bereich des Blickfel­ des darstellt;
konsekutives Testen von sich überlappenden Segmenten von Bilddaten für jede Untergruppe in jedem Paar auf eine hohe Korrelation zwischen den entsprechenden Segmenten von Bild­ daten von den beiden Untergruppen in jedem Paar;
Erkennen von Clustern in den Segmenten der Bilddaten mit hoher Korrelation; und
Auswählen eines der Cluster auf der Basis eines vorgege­ benen Kriteriensatzes.

12. Objektdetektionssystem für ein optisches Instrument mit zwei Bildsensoren (13, 14), die Licht von Objekten (01, 02) in einem Blickfeld über verschiedene optische Pfade (L1, L2) empfangen, wobei jeder Bildsensor eine Gruppe von Bild­ daten erzeugt, die die Bilder von den Objekten im Blickfeld darstellen, dadurch gekennzeichnet, daß es umfaßt:
eine Untergruppenabtastvorrichtung (20) zum Bilden von Untergruppen (Ld, Rd) von Bilddaten, wobei jede der Unter­ gruppen Bilddaten darstellt, die einem Bereich des Bildfel­ des entsprechen, und zum Bilden von Paaren von Untergruppen, wobei jedes Paar von Untergruppen eine Untergruppe umfaßt, die aus jeder Gruppe der Bilddaten gebildet ist, und wobei beide Untergruppen in jedem Paar von Untergruppen denselben Bereich des Bildfeldes darstellen;
eine Korrelationstestvorrichtung (30) zum Testen von sich der Reihe nach überlappenden Segmenten von Bilddaten jeder Untergruppe in jedem Paar von Untergruppen auf eine hohe Korrelation zwischen entsprechenden Segmenten von Bild­ daten von den Untergruppen jedes Paares und zum Erzeugen von Korrelationsdaten, die eine hohe oder niedrige Korrelation zwischen den entsprechenden Segmenten angeben und in einem Feld auf der Basis der Untergruppen, von denen die Segmente erhalten wurden, und in der Reihenfolge, in der die Segmente getestet wurden, angeordnet sind; und
eine Vorrichtung (50) zum Unterscheiden von Clustern von Korrelationsdaten, die eine hohe Korrelation angeben, als Objekte und zum Auswählen einer der festgestellten Clustern auf der Basis eines vorgegebenen Kriteriensatzes.

13. Objektdetektionsvorrichtung nach Anspruch 12, da­ durch gekennzeichnet, daß der Abstand zu dem Objekt, das durch den ausgewählten Cluster dargestellt wird, auf der Ba­ sis der Anordnung der Segmente, die dem ausgewählten Cluster entsprechen, in der Reihenfolge, in der die Segmente gete­ stet wurden, bestimmt wird.

14. Objektdetektionsvorrichtung nach Anspruch 12, da­ durch gekennzeichnet, daß die beiden Bildsensoren das Bild eines Objekts durch eine Aufnahmelinse (2) empfangen und daß die Aufnahmelinse auf ein Objekt fokussiert ist, das auf der Basis der Anordnung der Segmente, die dem Cluster entspre­ chen, der dem ausgewählten Objekt entspricht, in der Reihen­ folge, in der die Segmente getestet wurden, ausgewählt wird.

15. Objektdetektionssystem nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der vorgegebene Kriteriensatz die Größe eines Objekts umfaßt.

16. Objektdetektionssystem nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der vorgegebene Kriteriensatz den Abstand eines Objekts von dem optischen Instrument umfaßt.

17. Objektdetektionssystem nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der vorgegebene Kriteriensatz den Abstand eines Objekts von der optischen Achse einer Aufnahmelinse (2) umfaßt.

18. Objektdetektionssystem nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Korrelationsdaten in der Form von Ein- Bitdaten vorliegen.