DE68905290T2

DE68905290T2 - Verfahren zur messung der positionsentwicklung eines fahrzeugs im bezug auf eine oberflaeche.

Info

Publication number: DE68905290T2
Application number: DE8989402789T
Authority: DE
Inventors: Jean-Marie Detriche; Alain Micaelli
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1988-10-12
Filing date: 1989-10-10
Publication date: 1993-09-02
Anticipated expiration: 2009-10-11
Also published as: DE68905290D1; EP0364353B1; EP0364353A1; FR2637681B1; FR2637681A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung der Positionsevolution eines Fahrzeugs bezüglich einer Fläche.
Unter den schon verwendeten Verfahren zur Lenkung eines Fahrzeugs, wie etwa eines Roboters, in einer bestimmten Umgebung kann man die anführen, die darin bestehen, das Vorbeifahren des Fahrzeugs an Strichen, die mit vertikaler Gradierung auf eine Wand gemalt sind, zu orten mit Hilfe linearer Photoelemente-Anordungen, eine durch eine Bildaufnahme-Einrichtung erfaßte Ansicht mit einem in dem Speicher des Roboter gespeicherten Bild zu vergleichen, wie in dem Dokument EP-A-0 139 292, die Evolution der Einzelheiten der Umgebung vor dem Fahrzeug zu beobachten im Laufe seiner Bewegung, und durch zwei unterschiedlich ausgerichtete Kameras ein dreidimensionales Bild der Umgebung zu erstellen.
Das erste Verfahren benötigt ausschließlich zu diesem Zweck unverrückbare Bezugspunkte; das zweite verwendet ein gespeichertes Bild und erfordert eine Lernphase, was für viele Anwendungen ungeeignet ist; die dritte und vierte, die leistungsfähige Recheneinrichtungen benötigen, werden prinzipell dazu verwendet, Hindernissen auszuweichen durch die automatische Herstellung von Wegen in einer Umgebung, die überfüllt oder nicht struktriert ist, d.h. mit Hindernissen versehen ist, deren Position sich ändern kann.
Für die bekannten Verfahren ist die absolute Position des Fahrzeugs in der Umgebung von Bedeutung, was für eine gewisse Anzahl von Anwendungen überflüssig ist.
Erfindungsgemäß wird ein Meßverfahren für die Evolution der Position eines Fahrzeugs vorgeschlagen, das sich verwenden läßt für zahlreiche Umgebungstypen, und das einfach zu benutzen ist für Echtzeit-Messungen.
Das erfindungsgemäße Meßverfahren für die Evolution der Position eines Fahrzeugs, ausgestattet mit einer festen Bildaufnahine-Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß es periodisch Bilder einer mit Bezugsmotiven versehenen Fläche aufnimmt, einen an einer bestimmten Stelle des Bilds befindlichen Teil des Bilds auswählt, auf dem nachfolgenden Bild einen mit dem ausgewählten Teil identischen Teil sucht und die Evolution der Position des Fahrzeugs ableitet, zwischen den Zeitpunkten, zu denen die beiden Bilder aufgenommen wurden, durch Vergleichen der Positionen des ausgewählten Teils und des identischen Teils in ihren jeweiligen Bildern.
Die mit Bezugsmotiven versehene Fläche ist vorteilhafterweise parallel zu der Fläche auf der das Fahrzeug sich bewegt und kann eventuell mit ihr zusammenfallen. Der ausgewählte Teil der Bilder befindet sich im allgemeinen in einem Teil der genannten Bilder, der in die Bewegungsrichtung des Fahrzeugs gerichtet ist.
Entsprechend einer Variante des Verfahrens sucht man zunächst in dem folgenden Bild nicht die Gesamtheit des ausgewählten Teils des vorhergehenden Bilds, sondern ein Bruchstück von diesem. Wenn das Brucksstück identifiziert werden konnte in dem folgenden Bild, prüft man, ob die Umgebungen des identifizierten Bruchstücks und des ausgewählten Fragments identisch sind. Wenn nein, kann man ein anderes Fragment auswählen, eventuell größer, und beginnt mit der Suchoperation von vorn.
Die Erfindung wird nun mit Hilfe der beigefügten Zeichnungen genauer beschrieben, beispielhaft und keineswegs einschränkend:
- die Figur 1 ist eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs, ausgerüstet mit einer Apparatur, welche die Durchführung des Verfahrens möglich macht in einer geeigneten Umgebung;
- die Figur 2 stellt eine Konzeption dar, die gleichwertig ist mit der aus der Figur 1;
- und die Figur 3 macht das Verfahren deutlich.
Die Figur 1 stellt ein Roboter-Fahrzeug 1 dar, das sich auf einem Boden (Evolutionsfläche) 2 auf Ketten, Rädern oder jedem bekannten Mittel fortbewegt. Motoren gestatten die Lenkung des Fahrzeugs 1, und Meßgeber, wie etwa Wegstreckenmesser oder Gyrometer leiten es, indem sie Bewegungsinformationen liefern an eine Steuereinheit, die auf die Motoren wirkt.
Da die Angaben der Meßwertgeber mit der Zeit abweichen, ist das Fahrzeug 1 mit Einrichtungen für die Aufnahme von Ansichten oder Bilder versehen, wie etwa einer Kamera 4. Die Kamera 4 ist fest bezüglich des Fahrzeugs 1, d.h. sie ist bezogen auf dieses in eine konstante Richtung ausgerichtet. In der Figur 1 ist sie auf eine Decke 5 ausgerichtet, jedoch ist dies nicht obligatorisch, und sie kann ebensogut auf eine andere Fläche ausgerichtet sein, die ausreichend mit Bezugsmotiven versehen ist, vorzugsweise senkrecht zu dieser Fläche oder mit einer leichten Schräge gegen die Fortbewegungsrichtung des Fahrzeugs 1. Es ist einfach praktischer, wenn diese Fläche im wesentlichen parallel ist zu der Evolutionsfläche 2 des Fahrzeugs 1.
Die Bezugsmotive können die unterschiedlichsten Formen aufweisen, gemäß den Fähigkeiten der Anzeige der Bildaufnahme- Einrichtung. So kann man an der Decke 5 aufgehängte Beleuchtungeinrichtungen 6 verwenden, oder auch Streifen oder beliebige Formen 7, reflektierend oder verschiedenfarbige.
Weder Gleichmäßigkeit noch Symetrie sind erforderlich, und man kann sogar Motive mit veränderlichem Aussehen verwenden, wie man weiter unten feststellen wird.
Die Figur 2 zeigt ein Fahrzeugbeispiel 1, versehen mit einer Kamera 4, die auf den Boden 2 gerichtet ist. Die Evolutionsfläche des Fahrzeugs 1 fällt folglich zusammen mit der mit Bezugsmotiven versehenen Fläche, die hier aus verschiedenfarbigen Fliesen 8 besteht, aber ebenso die unterschiedlichsten Formen aufweisen könnte.
In allen Fällen besteht das Meßverfahren für die Evolution der Position des Fahrzeugs 1, das es gestattet, auf alle Informationen zu verzichten, die den Unsicherheiten der Bewegungsmeßgeber unterliegen, darin, periodisch Bilder von der mit Bezugsmotiven versehenen Fläche aufzunehmen.
Die Figur 3 zeigt zwei von diesen Bildern, nacheinander aufgenommen: ein erstes Bild 9 und ein zweites Bild 10. Die beiden Bilder 9 und 10 trennt ein Längsabstand Δ Y, ein Querabstand Δ X, und ein Winkelabstand Δ θ, wobei diese drei Abstände den Längs-, Seiten- und Wendebewegungen des Fahrzeugs 1 entsprechen, und sie weisen einen gemeinsamen Teil 11 auf, wo sie sich überlappen.
Das Programm definiert einen ausgewählten Teil 12 in dem ersten Bild 9, normalerweise in Richtung der Fortbewegungsrichtung des Fahrzeugs 1, und speichert ihn. Wenn das zweite Bild 10 aufgenommen ist, sucht es in diesem einen Teil, der identisch ist mit dem ausgewählten Teil 12, was möglich ist, da die Bilder mit ausreichend kurzen Zeitintervallen aufgenommen werden, daß der ausgewählte Teil 12 in dem gemeinsamen Teil 11 enthalten ist.
Die Positionen des ausgewählten Teils 12 in dem ersten Bild 9, und der mit dem ausgewählten Teil identische Teil in dem Bild 10 werden anschließend verglichen, um daraus die Abstände Δ X, Δ Y und Δ θ abzuleiten.
Die Suche in dem zweiten Bild 10 kann sich selbstverständlich beschränken auf einen Teil von diesem, wo man erwarten kann, den mit dem ausgewählten Teil 12 identischen Teil zu finden, vor allem auf seinen hinteren Teil. Der vordere Teil des zweiten Bilds 10 wird dann verwendet, um einen neuen ausgewählten Teil 13 zu definieren.
Wenn die Bewegungen des Fahrzeugs 1 berechnet sind, wirkt die Steuereinheit auf die Motoren, um das Fahrzeug 1 zu einem nächsten Punkt seiner Bahn zu lenken, wo ein neues Bild aufgenommen wird. Die Bewegungsmeßgeber werden verwendet, um das Fahrzeug 1 ungefähr zu diesem Punkt hinzulenken.
Die Häufigkeit der Bildnahme kann beliebig festgelegt werden, oder durch das Fahrzeug 1 selbst geregelt werden, in Abhängigkeit von seiner Geschwindigkeit oder dem Blickfelds der Kamera 4.
Mehrere Varianten des Verfahrens sind vorstellbar, um die Berechnungen zu beschleunigen. So kann man zunächst auf dem zweiten Bild 10 nur ein Fragment suchen, das identisch ist mit dem Fragment 14 des ausgewählten Teils 12. Wenn das Programm vermutet, daß das identische Fragment gefunden wurde, vergleicht es die Umgebung des ausgewählten Fragments 14 -die Position des ausgewählten Teils 12 nicht eingeschlossen in das ausgewählte Fragment 14- mit der Umgebung des identischen Fragments. Wenn der Vergleich schlüssig ist, wird die Identifikation bestätigt. Im gegenteiligen Fall ist eine Verwechslung unterlaufen, und eine neue Identifikation wird versucht mit einem anderen Fragment 14' des ausgewählten Teils 12, eventuell ausgedehnter als das vorhergehende. Das gleiche gilt, wenn die Identifikation zu keinem Ergebnis geführt hat.
Diese Methode gestattet, einer eventuellen Modifizierung der Bezugsmotive Rechnung zu tragen, z.B. dem ungewollten Erlöschen eines Teils der Beleuchtungseinrichtungen 6: das Programm stellt fest, daß der identifizierte Teil in dem zweiten Bild 10 nicht gänzlich identisch ist mit dem ausgewählten Teil 12, vernachlässigt aber diese kleinen Differenzen.
Die aus den Bildern abgeleiteten Informationen werden von der Steuereinheit verwendet, um die Informationen der Bewegungsmeßgeber zu korrigieren. Die Korrekturen können entweder periodisch erfolgen oder, wenn die Identifikation der beiden aufeinanderfolgenden Bilder sehr gut war und folglich keinen Zweifel bestehen läßt an den Bewegungen des Fahrzeugs 1, zwischen den Zeitpunkten der Aufnahme dieser Bilder.

Claims

1. Verfahren zur Messung der Positionsentwicklung eines Fahrzeugs (1), ausgestattet mit feststehenden Erfassungsmitteln für Bilder (4, 4'), auf einer Entwicklungsfläche (2), dadurch gekennzeichnet daß es darin besteht, periodisch Bilder (9, 10) aufzunehmen von einer Oberfläche (2, 5), die mit Bezugsmotiven (6, 7, 8) versehen ist, einen Ausschnitt (12) jedes Bildes auszuwählen, wobei dieser Ausschnitt sich in einer bestimmten Position in dem Bild (9) befindet, in dem nachfolgenden Bild (10) einen Ausschnitt zu suchen, der mit dem ausgewählten Ausschnitt (12) identisch ist und daraus die Positionsentwicklung des Fahrzeugs (1) zu folgern zwischen den Zeitpunkten, zu denen die beiden Bilder (9, 10) aufgenommen wurden, durch Vergleichen der Positionen des ausgewählten Ausschnitts (12) und des zum ausgewählten Ausschnitt identischen Ausschnitts in ihren jeweiligen Bildern.

2. Verfahren zur Messung der Positionsentwicklung eines Fahrzeugs nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entwicklungsoberfläche (2) des Fahrzeugs parallel ist zur der mit den Bezugsmotiven versehenen Oberfläche (5) .

3. Verfahren zur Messung der Positionsentwicklung eines Fahrzeugs nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entwicklungsoberfläche des Fahrzeugs ein Ganzes bildet mit der Oberfläche, die mit den Bezugsmotiven versehen ist.

4. Verfahren zur Messung der positionsentwicklung eines Fahrzeugs nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der ausgewählte Ausschnitt (12) des Bildes (9) sich in einer Position des genannten Bildes befindet, die in der Bewegungsrichtung des des Fahrzeugs liegt.

5. Verfahren zur Messung der Positionsentwicklung eines Fahrzeugs nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man zuerst in dem nachfolgenden Bild (10) ein Fragment sucht, das identisch ist mit einem Fragment (14) des ausgewählten Ausschnitts (12).