DE69011831T2

DE69011831T2 - Verfahren und Anordnung zur Lagebestimmung eines bewegten Körpers durch Verfolgen einer auf dem Körper angeordneten Markierung.

Info

Publication number: DE69011831T2
Application number: DE69011831T
Authority: DE
Inventors: Christophe Coquelet; Patrice Deniau; Francis Devos; Patrick Garda; Jean-Pierre Merle; Bernard Pieters
Original assignee: Airbus Group SAS
Current assignee: Airbus Group SAS
Priority date: 1989-12-28
Filing date: 1990-12-26
Publication date: 1995-03-30
Anticipated expiration: 2010-12-27
Also published as: JP3114939B2; EP0435768B1; ES2060989T3; CA2032412A1; DE69011831D1; US5173945A; FR2656700A1; EP0435768A1; FR2656700B1; JPH04212700A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Lagebestimmung eines bewegten Körpers durch Verfolgen einer auf diesem angeordneten Markierung und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Sie ist insbesondere anwendbar auf die Verfolgung in Realzeit des Abwurfes von Triebwerken, Boostern oder anderen Teilen einer Trägerrakete im Flug, aber auch auf die Automatisation zur Bahnbestimmung von Objekten.
Die Verfolgung in Realzeit der Relativbewegung von Untereinheiten als Bestandteil einer Trägerrakete während eines Abwurfes, erlaubt die Kontrolle der korrekten Ausführung dieser Vorgänge. Die Kenntnis, Auslenkungsmargen und kinetischen Störungen, die sich auf den abgeworfenen Körper übertragen, bestimmen die Mission, die Leistungen und die Qualifikation der Trägersysteme. Es handelt sich folglich um die Bestimmung der Bahn und der Höhe des abgeworfenen Körpers mit Hilfe einer Vorrichtung an Bord.
Bei der Automatisation möchte man die Verschiebung eines beweglichen Objektes in einer komplexen Umgebung kontrollieren, um eventuelle Korrekturen der Bahn zu ermöglichen.
Die bekannten Vorrichtungen, wie beispielsweise die Beobachtung mit Hilfe einer Fernsehkamera, die direkten Messungen mit Hilfe von Kabeln oder die Beobachtung mit Hilfe einer Videokamera weisen jeweils eine große Anzahl von Nachteilen auf: Ungenauigkeiten und Funktionssicherheit der Messungen, Platzbedarf, Notwendigkeit der Rückgewinnung der Fernsehkamera nach dem Abwurf, Schwierigkeiten bei der Behandlung der gelieferten Informationen.
Eine Vorrichtung, die die Retroreflektion eines Zieles im Optischen, welches die Bestimmung des relativen Tangentialwinkels zwischen zwei Objekten erlaubt, ist aus dem Dokument EP- A-0 122 503 bekannt.
Die Erfindung beseitigt diese Nachteile. Sie hat zur Aufgabe die Bewegung eines Objektes in Bezug auf ein anderes in einfacher Weise zu ermöglichen und erfordert nur eine geringe Menge an Informationen, die einem Detektor zu übertragen sind, wodurch die Beobachtung des Objektes mit Hilfe der Behandlung dieser Informationen möglich ist.
Im Falle eines Abwurfes erspart die Erfindung jegliche Rückgewinnung von den abgeworfenen Körpern wie auch von dem Hauptkörper: Die Übertragung der Informationen vollzieht sich mit Hilfe ihrer Registrierung.
Genauer gesagt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Lagebestimmung eines bewegten Körpers in Bezug auf ein Bezugssystem, das mit einem Bezugsobjekt verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Symbol auf dem beweglichen Körper gebildet ist, wobei dieses Symbol rechtlinige Konturen aufweist, die mindestens zwei parallele Geraden darstellen, welche umfaßt:
- periodisch das Aufnehmen eines Bildes des Symboles mittels einer Kamera, welche an dem Bezugsobjekt vorgesehen ist,
- bei jeder Aufnahme:
- Projezieren des erhaltenen Bildes auf mindestens zwei Achsen X und Y, welche ein Projektionssystem für die Position und die Orientierung bilden, die in Bezug auf das Bezugssystem bekannt sind,
- Bestimmen der Maximalen jeder Projektion;
- mindestens zwischen jeder Aufnahme ein Beibehalten einer bekannten relativen Drehbewegung zwischen dem Symbol und dem Projektionssystem;
- Bestimmen aus der Folge von Maxima der Projektionen, die Orientierung und die Position des Symbols in Bezug auf das Bezugssystem,
- Bestimmen aus der Folge von Orientierungen und Position des Symbols, die Bewegungen des beweglichen Körpers in Bezug auf das Bezugssystem.
Zudem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Eine solche Vorrichtung umfaßt
- eine Einrichtung zur Bildung eines ebenen Symbols mit rechtlinigen Konturen, die mindestens zwei parallele Geraden auf einem beweglichen Körper bilden, dessen Bewegung bestimmt werden soll mit Bezug auf ein Bezugssystem, das mit einem Bezugsobjekt verbunden ist;
- eine elektronische Kamera, welche auf dem Bezugsobjekt vorgesehen ist, wobei diese Kamera umfaßt:
- einen Detektor, welcher ein Signal entsprechend einem erhaltenen Bild von dem Symbol liefert;
- eine Einrichtung zum Ausführen der Projektion P(X) auf die Achse X gemäß der Achse Y und einer Projektion P(Y) auf die Achse Y gemäß der Achse X des Bildes, wobei die Einrichtung ein Signal entsprechend den Projektionen P(X) und P(Y) liefert;
- eine Einrichtung zum Versetzen des Symbols und des Projektionssystems in eine relative Drehung;
- eine Verarbeitungseinrichtung, welche mit der elektronischen Kamera verbunden ist und geeignet ist, auf der Grundlage des Signals, welches die Maxima der Projektionen P(X) und P(Y) wiedergibt, die Orientierung und die Position des beweglichen Körpers in jedem Augenblick zu bestimmen.
In einer bevorzugten Ausführungsform dieser Vorrichtung ist der Detektor der Kamera von einem Typ, der ein Bildaufnahmefeld umfaßt, welches mit einem Netz von Prozessoren integriert ist. Dieses Netz umfaßt photoempfindliche Zellen, welche in Matrixform angeordnet sind. Um die Projektionen auszuführen empfangen die Akkumulationszellen, die mit Spalten und Reihen an den Enden der Matrix verbunden sind, die Informationen, die in jeder der photoempfindlichen Zellen des Netzes eingeschrieben werden.
Der Detektor der Kamera kann auch ein Netz von Ladungsübertragungszellen umfassen, die in Spalten und Reihen angeordnet sind.
Die beiden oben genannten Typen von Detektoren gehören zu der Kategorie von Detektoren mit Photodetektorrastern ("photodetektor array" in der angelsächsischen Terminologie). In der Tat können alle Detektoren dieser Kategorie in einer Vorrichtung gemäß der Erfindung verwendet werden.
In einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung ist der Detektor der Kamera vom Vidicon-Typ.
In vorteilhafter Weise unterwirft man das Bild einer Reinigung vor der Ausführung der Projektionen. Diese Reinigung hat zum Ziel, das Symbol im Hintergrund des Bildes zu isolieren.
Die Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung deutlich werden, die als Beispiel und nicht als Beschränkung gegeben ist. Diese Beschreibung bezieht sich auf die anhängenden Zeichnungen, in welchen:
Fig. 1 schematisch einen Aspekt eines Symbols und seine Projektionen entlang der beiden Richtungen des Raumes zeigt,
Fig. 2A bis 2C schematisch drei Reihen von aufeinanderfolgenden Projektionen in drei Fällen von Orientierungen und Positionen des Symbols zeigen,
Fig. 3 ein Organigramm zeigt, welches das Verfahren gemäß der Erfindung betrifft,
Fig. 4 schematisch eine Konfiguration eines Symbols in Bezug auf die Bezugsebene (XR, YR) zeigt,
Fig. 5 schematisch eine Entwicklungskurve der Maxima der Projektion auf der Achse X in Abhängigkeit von der Zeit für die Konfiguration von Fig. 4 zeigt,
Fig. 6 schematisch eine allgemeine Ansicht einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zeigt,
Fig. 7 schematisch eine allgemeine Ansicht einer Variante einer Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung zeigt,
Fig. 8 schematisch eine erste Ausführungsform eines Detektors, der Reinigungsmittel und der Projektionsmittel gemäß der Erfindung zeigt,
Fig. 9 schematisch eine Teilansicht der Vorrichtung von Fig. 8 zeigt,
Fig. 10 schematisch eine andere Ausführungsform eines Detektors, der Reinigungsmittel und der Projektionsmittel gemäß der Erfindung zeigt.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung erlaubt die Bestimmung der Orientierung und der Position eines beweglichen Körpers in Bezug auf ein Bezugssystem, das an einem Bezugsobjekt befestigt ist. Die Kenntnis der aufeinanderfolgenden Orientierung und Positionen erlaubt die Rekonstruktion der Bewegung.
Das Verfahren kann sich in drei Hauptstufen unterteilen:
Hauptstufe 1 - Aufnahme mittels einer elektronischen Festkamera des Bezugsobjektes von aufeinanderfolgenden Aufnahmen in einer bestimmten Abfolge.
Übereinstimmend mit dem Verfahren wird ein Symbol an dem beweglichen Körper gebildet, das sich in dem Beobachtungsfeld der Kamera an einer Position und in einer Orientierung befindet, welche am Anfang bekannt ist.
Das Symbol ist eben und beispielsweise aus vier parallelen Streifen in einer zwei-zu-zwei Anordnung und gekreuzt in der Weise gebildet, daß ungefähr ein Notenkreuz gebildet wird.
Die Abmessungen der Streifen sind so gewählt, dar sie nicht identisch zueinander sind, so daß das Symbol dissymmetrisch wird.
Hauptstufe 2 - man projeziert das erhaltene Bild auf zwei Achsen X und Y, wobei eine Projektion P(X) auf die Achse X entlang Achse Y durchgeführt wird, und eine Projektion P(Y) auf die Achse Y entlang der Achse X ausgeführt wird. Die Achsen X und Y bilden ein Projektionssystem der Position und der Orientierung, die in Bezug auf ein Bezugssystem (XR, YR, ZR) das mit dem Bezugsobjekt verbunden ist, bekannt sind. Mindestens zwischen jeder Aufnahme wird dem Symbol und dem Projektionssystem eine bekannte relative Drehbewegung zugeordnet, welche eine Bewegung aufweist, die von einigen zehntel bis einigen zehn Umdrehungen pro Sekunde reichen kann.
In vorteilhafter Weise werden bei jeder Aufnahme vor dem Durchführen der Projektionen die Bilder einer Reinigung unterworfen. Unter diesem Ausdruck sind alle Typen von Bildbehandlungen zu verstehen, welche die Isolation des Symboles, das das nutzbare Element des Bildes für die Rekonstruktion der Bewegung darstellt, aus dem Hintergrund erlauben, der als Meßrauschen aufzufassen ist.
Als Beispiele von Reinigungen kann man die Schwellenwertbildung, die Maskierung oder die Konturdetektion nennen.
Bei einer Schwellenwertbildung werden die Werte der verschiedenen Pixel, die das aufgenommene Bild bilden, verglichen mit einer vorbestimmten Schwelle und in Abhängigkeit von diesem Vergleich werden sie auf die Werte "O" gesetzt (beispielsweise wenn der Wert des betrachteten Pixels kleiner als die Schwelle ist) oder auf "1" (wenn der Wert des betrachteten Pixel größer als die Schwelle ist).
Man erhält auf diese Weise ein aufgenommenes Bild, das sehr kontrastreich ist und keine Grauzwischenstufen aufweist.
Bei der Maskierung wird nur ein Teil des aufgenommenen Bildes in die nachfolgende Behandlung einbezogen. Der einbezogene Teil wird von den vorangegangenen Bildern abgezogen: Man beschränkt sich auf die Teile des Bildes, die das Symbol enthalten.
Eine Detektierung der Konturen erlaubt die Rekonstruktion des Bildes des Symboles, das ganz vom enthaltenen Hintergrund gereinigt ist für den Fall eines Symbols, das durch feine Streifen wiedergegeben wird. Im Falle eines Symbols, das durch breite Streifen dargestellt ist, verwendet man für das gleiche Ergebnis die Verfahren der Erosion, Dilatation oder Skelettierung.
Die Kombination der Bildbehandlungstechniken erlaubt die Verbesserung der Reinigungswirkung.
Hauptstufe 3 - Mittels der Projektionen P(X) und P(Y), der Kenntnis der Relativbewegung der auferlegten Rotation zwischen Symbol und Projektionssystem und der Kenntnis einer Position und einer Orientierung am Anfang wird die Orientierung und die Position des beweglichen Körpers in jedem Augenblick bestimmt.
Fig. 1 zeigt schematisch das Bild eines aufgenommenen Symbols in der Ebene des Detektors der Kamera und seine Projektionen entlang der beiden Richtungen X und Y des Raumes. In diesem Beispiel ist das Symbol einer Kippung nach vorne (d. h. in Richtung der ZR Positiven) in Bezug auf die Bezugsebene (XR, YR), welche das Projektionssystem (beispielsweise Detektorebene) enthält, unterworfen.
In diesem Beispiel wird das Symbol aus zwei ersten parallelen Streifen B1 und B2 gebildet, die quer mit zwei anderen parallelen Streifen B3, B4 in der Weise gekreuzt sind, daß ungefähr ein dissymetrisches Notenkreuz gebildet wird. Tatsächlich sind die Streifen B1 und B3 breiter und weniger lang, als die Streifen B2 und B4.
In diesem Beispiel ist zu erkennen, dar das Bild einer Schwellenwertbildung unterworfen wurde: Die Pixel, in welche die Streifen des Symboles eingeschrieben sind, haben den Wert "1" und die anderen den Wert "0".
Die Projektionen P(X) und P(Y) entsprechen der Anzahl der Pixel der Detektoren der Kamera mit dem Wert "1" gemäß den Richtungen Y bzw. X.
Die Berechnung der Projektionen, die zwischen jeder Aufnahme liegen, werden als augenblicklich betrachtet, da sie nur von vernachlässigbarer Dauer im Vergleich zur Dauer der Aufnahme sind.
Die Projektion P(X) auf die Achse X entlang der Achse Y besitzt zwei "Buckel" entsprechend den Streifen B3 und B4, welche einen offenen Winkel mit der X-Achse aufgrund der Kippung des Symboles bilden. In dieser Projektion geben die Streifen B1 und B2 parallel zur X-Achse nicht mehr als einen quasiuniformen Hintergrund.
Die Projektion P(Y) auf die Achse Y entlang der Achse X stellt zwei Maximumamplitudenspitzen dar, welche auf einem quasi-stetigen Hintergrund liegen. Die Spitzen entsprechen den Projektionen der Streifen B1 und B2, die bei der Kippung des Symbols senkrecht zur Y Achse verbleiben. Der stetige Hintergrund ergibt sich durch die Projektion der Streifen B3 und B4.
Für jede Eintragung der Abszissen X1, X2, ..., Y1, Y2, ... und für die Werte PM(X1), PM(X2), ..., PM(Y1), PM(Y2), ... werden die Maxima der Projektionen P(X) und P(Y) bestimmt.
In dem gezeigten Beispiel zeigt jede Kurve P(X) und P(Y) nur zwei Maxima; jedoch können andere Maxima auftreten aufgrund des Meßrauschens.
Im Laufe des Verfahrens werden die Maxima, die keiner tatsächlichen Messung entsprechen, eliminiert: Wie man später sehen wird, verwendet man die Tatsache, dar sie aufgrund des Rauschens vorhanden sind und nicht untereinander im Laufe der Zeit korreliert sind, im Gegensatz zu den Maxima aufgrund der Streifen des Symboles.
Bei der auferlegten Drehung zwischen dem Symbol und dem Projektionssystem, das sich der anderen Relativbewegung zwischen dem beweglichen Körper und dem Bezugsobjekt überlagert, gleichen die Projektionen P(X) oder P(Y) einer Spitze, wenn ein Streifen parallel zu einer der Projektionsrichtungen Y oder X liegt, wobei die Bewegung der Drehung von einer Geschwindigkeit größer als die Geschwindigkeit des beweglichen Körpers ist.
Die Fig. 2A, 2B, 2C zeigen schematisch eine Folge von Projektionen P(X) im Ablauf der Zeit und für drei Fälle von Orientierungen und Positionen des Symbols.
Die aufeinanderfolgenden Momente der Aufnahmen entsprechen einer Folge von bekannten Winkeln 1, 2, 3 ..., die die relative Drehung zwischen dem Symbol und dem Projektionssystem markieren. Die Winkel sind durch die Projektion mitden scheinbaren Winkeln verbunden, die die Drehung in Bezug auf das Bezugssystem markieren.
Die Fig. 2A entspricht einem Fall, wo die Ebene des Symbols parallel zur Ebene liegt, welche das Projektionssystem enthält.
Zwei Maximalamplitudenspitzen erscheinen gleichzeitig bei jeder vierten Drehung des Symbols in Bezug auf das Projektionssystem.
Die Spitzen entsprechen der Tatsache, daß zwei Streifen senkrecht zur Achse X liegen. Vorteilhaft sind die Streifen des Symbols nicht identisch. Auf diese Weise kann man identifizieren, welcher Streifen zu welcher Spitze gehört, beispielsweise durch Analyse der Beziehung zwischen ihren Amplituden und ihrer Halbwertsbreite.
Die Fig. 2B entspricht einem Fall, wo die Ebene des Symbols einer Kippung um eine Achse parallel zur Achse X unterzogen wurde.
Die Maximalamplitudenspitzen erscheinen zu unterschiedlichen Momenten (d. h. bei unterschiedlichen Winkeln). Tatsächlich führt die Kippung eine Perspektive ein und die Streifen senkrecht zur Achse X haben einen scheinbaren Winkel mit der letzteren.
Die Fig. 2C entspricht einem Fall, wo die Ebene des Symbols parallel zur Ebene liegt, die das Projektionssystem enthält, aber weiter entfernt liegt von der letzteren, als in Fig. 2A.
Die Maximalamplitudenspitze erscheint folglich erneut simultan und für die gleichen Winkel, wie im Fall von 2A, doch ihre Amplitude ist kleiner und der Wert ihrer Abszissen verschieden.
Aus der Betrachtung der vorangegangenen Figuren läßt sich verstehen, daß die Orientierung und die Position des Symbols aus der Kenntnis der relativen Drehbewegung zwischen dem Symbol und dem Projektionssystem und der Kenntnis der Gesetze der Perspektive bestimmt werden kann: Jede Kippung oder Neigung des Symbols setzt sich um eine Verschiebung im Auftreten der Projektionsmaxima auf den Achsen x und Y und die Position ergibt sich aus der Position der Abszissen der Projektionsmaxima auf den Achsen X und Y und den Amplituden dieser Maxima.
In Bezug auf Fig. 3 werden nun ausführlich die Schritte beschrieben, welche die Rekonstruktion der Bewegung des beweglichen Körpers erlauben.
In dem Verfahren unterscheidet man drei Zeitstufen. Die Schritte entsprechend einer ersten Zeitstufe sind unter dem Bezugszeichen EI global zusammengefaßt. EI wiederholt sich in der Abfolge von Aufnahmen; diese ist an die Geschwindigkeit der relativen Drehung zwischen dem Symbol und dem Projektionssystem angepaßt, beispielsweise 1Hz für eine Geschwindigkeit von 1 t/s.
EI umfaßt die folgenden Schritte:
Schritt 30: Aufnahme eines Bildes;
Schritt 32: Reinigung dieses Bildes;
Schritt 34: Projektion dieses Bildes auf die beiden Achsen X und Y.
Schritt 36: Bestimmung der Maxima PM(X), PM(Y), von jeder der Kurven P(X), P(Y).
Die folgenden Schritte entsprechen einer zweiten Zeitstufe. Sie werden ausgeführt nachdem eine Reihe von Bildern auf genommen wurden, welche mindestens eine Projektionsspitze entsprechend jedem Streifen des Symbols erkennen lassen.
Das globale Bezugszeichen EO gruppiert die Schritte für die Bestimmung der Orientierung des Symbols, und EP die Schritte für die Bestimmung seiner Position.
Zur Bestimmung der Orientierung des Symbols werden die folgenden Schritte ausgeführt:
Schritt 38: Durch Vergleich zwischen den aufeinanderfolgenden Maxima von jeder Projektion werden die maximalen Werte dieser Maxima PM(X), PM(Y) und die Zeitpunkte TMAX(PM(X)), TMAX(PM(Y)), zu denen sie gehören, bestimmt.
Im Laufe der Zeit kann man die Entwicklungskurve dieser Maxima PM(X) und PM(Y) verfolgen.
Fig. 4 zeigt schematisch eine Konfiguration eines Symbols, das in Bezug auf eine Bezugsebene (XR, YR) gesehen wird.
In diesem Beispiel dreht sich das Projektionssystem in Bezug auf die Achse ZR, die mit der Sichtachse der Kamera zusammenfällt. Die Geschwindigkeit der Drehung des Projektionssystems ist höher als die Geschwindigkeit der Verschiebung des Symbols. Auf diese Weise erscheint das Symbol quasi unbeweglich im Laufe von mehreren Umdrehungen des Projektionssystems.
Fig. 5 zeigt schematisch eine Entwicklungskurve der Projektionsmaxima PM(X) für die vier Streifen B1, B2, B3, B4 in Abhängigkeit von der Zeit und für die Konfiguration von Fig. 4. Analoge Kurven für die Projektionen auf die Achse Y können in ähnlicher Weise gezeichnet werden. Die Abszissen stellen folglich die Zeit dar und die Ordinaten die Werte von X, wo die Projektionsspitzen für die verschiedenen Streifen auftreten.
Im Laufe der Drehung des Bezugssystems nehmen die Kurven ungefähr ein sinusförmiges Verhalten an. Doch sind nur die Punkte, die um die Maxima oder die Minima der Kurven erscheinen, wohl definiert: Sie entsprechen der Bildung einer Spitze für die betrachtete Projektion. Diese Punkte sind wiedergegeben mit Dimensionen, die proportional der Amplitude der betrachteten Spitze sind. Außerhalb dieser wohl definierten Punkte ist die Position auf der Achse X der Spitzen (die folglich das Verhalten eines Hügels haben) delokalisiert und diese Punkte sind nicht dargestellt.
Die Maximalamplitudenspitzen, die durch die Punkte mit größeren Dimensionen wiedergegeben sind, sind auf den Maxima und Minima der Pseudo-Sinuskurve angeordnet.
In der gezeigten Konfiguration in Fig. 4 erscheinen die Maximalwerte der Projektionsmaxima für die Streifen B1 und B2 gleichzeitig.
Zwischen der Zeit TMAX1 des Auftretens dieser Maximalwerte an den Negativstellen auf der Achse X und der Zeit TMAX4 des Auftretens dieser Werte an den Positivstellen auf der Achse X hat die Achse X eine halbe Umdrehung um die Achse ZR ausgeführt.
Die Bestimmung der Position auf der Achse X und der Amplitude (Dimension der Punkte) der Projektionsspitzen während der Halbumdrehung erlaubt die Bestimmung der Position und der Orientierung des Symbols in Bezug auf das Bezugssystem.
Ein Beispiel für eine solche Bestimmung wird im folgenden gegeben, doch die Messung dieser Punkte liefert eine Überfülle von Informationen, die die Anordnung des Symbols betreffen.
Die Genauigkeit der Messung, die eine Halbumdrehung des Bezugssystems erfordert, ist viel größer, da die Geschwindigkeit der Drehung des Bezugssystems größer ist im Vergleich zur Verschiebung des Symbols.
Zudem erlaubt das Studium der Korrelationen zwischen den Punkten um die Maxima der pseudosinusförmigen Kurve eine Unterscheidung der nichtsignifikanten Punkte aufgrund des Rauschens von den Punkten, welche tatsächlich dem Auftreten einer Spitze auf der Projektionsachse entsprechen.
Schritt 40: Es werden zu diesen Zeitpunkten die scheinbaren Winkel zwischen den Streifen und den Achsen X und Y in Beziehung gesetzt. Die Winkel sind bekannt, da die relative Drehbewegung zwischen dem Symbol und dem Projektionssystem bekannt ist.
Tatsächlich erlaubt die Kenntnis der relativen auferlegten Drehgeschwindigkeit zwischen dem Projektionssystem und dem Symbol die Herstellung einer Beziehung zwischen der Zeit TMAX(PM(X)) (oder TMAX(PM(Y)) des Auftretens eines Maximalwertes der Projektion mit einem Winkel. Dieser Winkel ist der scheinbare Winkel, der von dem betrachteten Streifen mit den Achsen XR oder YR der Bezugsebene gebildet wird.
Schritt 42: Mit Hilfe der Kenntnis der scheinbaren Winkel jedes Streifens des Symboles wird die Orientierung der Ebene des Symbols in Bezug auf das Bezugssystem ermittelt.
Um die Position des Symbols zu bestimmen, werden in einer ersten Variante die folgenden Schritte ausgeführt:
Schritt 44: Vergleich der Maximalwerte der aufeinanderfolgenden Projektionsmaxima PM(X) und PM(Y) mit den bestimmten Bezugswerten VR(B1), VR(B2), VR(B3), VR(B4). Diese Bezugswerte können beispielsweise vor dem Abwurf des beweglichen Körpers gemessen werden. Sie entsprechen den Maximalwerten der Projektion für eine bekannte Position des Symbols.
Schritt 48: Aus diesem Vergleich wird die Entfernung des Symbols in Bezug auf die Ebene, welche das Projektionssystem enthält, bestimmt (d. h. die Position, die auf eine Achse senkrecht zum Bezugssystem projeziert wurde).
Schritt 50: Man bestimmt die Position des Symbols (d. h. seine Position, die auf die Achsen X und Y projeziert ist) durch Vergleich zwischen den Abszissen der Maximalwerte der Projektionsmaxima PM(X), PM(Y) auf die Achsen X und Y und den Bezugsabszissen XR1, XR2, YR1, YR2. Auf der Grundlage dieser Information über die Position und die Entfernung in Bezug auf das Projektionssystem wird die Position des Symbols in Bezug auf das Bezugssystem bestimmt.
Gemäß einer anderen Ausführungsvariante wird der Schritt 44 ersetzt durch den folgenden Schritt 46:
Schritt 46: Man vergleicht die Abstände X und Y zwischen den Maximalwerten der Projektionsmaxima PM(X) und PM(Y) entsprechend der Detektierung der parallelen Streifen mit den Bezugsentfernungen DR(B1, B2) und DR(B3, B4). Diese Bezugsentfernungen werden beispielsweise vor dem Abwurf des beweglichen Körpers gemessen. Sie entsprechen den Abständen, welche die parallelen Streifen B1, B2, B3 und B4 für eine bekannte Position trennen.
In einer anderen Ausführungsvariante, die ein Symbol in Form eines Notenkreuzes verwendet, profitiert man von der Tatsache, daß das Zentrum des Symbols zwischen den zwei parallelen Streifen liegt. Die Position des Zentrums wird demnach bestimmt durch Ausführen der Halbsumme der Abszissen der Maximalwerte der Projektionsmaxima entlang jeder der Achsen X und Y.
Die Orientierung und die Position des Symbols (und folglich des beweglichen Körpers auf welchem es gebildet ist) sind somit bestimmt in Bezug auf das Bezugssystem.
Der letzte Schritt entspricht einer dritten Zeitstufe. Er erfordert eine Reihe von Bestimmungen der Position und der Orientierung des Symbols. Dieser Schritt ist der folgende:
Schritt 52: Aus einer Abfolge von Position und Orientierung des Symbols wird die Bewegung (die Bahn) des beweglichen Körpers bestimmt. Wie man gesehen hat erlaubt jede Halbumdrehung der relativen Drehung zwischen dem Projektionssystem und dem Symbol die vollständige Bestimmung (Position, Orientierung) der Anordnung des Symbols in Bezug auf das Bezugssystem. Die relative Drehung, die eine Geschwindigkeit weit über derjenigen der globalen Bewegungen des Symbols hat, kann man effektiv sagen, daß die Verfolgung der Bewegung in Realzeit ausgeführt wird.
Es wird nun eine Vorrichtung beschrieben, die die Durchführung des vorangegangenen Verfahrens erlaubt.
Fig. 6 zeigt schematisch eine allgemeine Ansicht einer solchen Vorrichtung, die zum Abwurf eines Kopfes 10 auf eine Trägerrakete 12 vorgesehen ist.
In diesem Beispiel handelt es sich folglich um die Bestimmung der Bewegung des Kopfes 10 relativ zur Trägerrakete 12, die als Bezugsobjekt dient.
Die Vorrichtung umfaßt eine Einrichtung zum Bilden eines ebenen Symbols mit geradlinigen Konturen, die mindestens drei parallele Geraden auf dem beweglichen Körper 10 wiedergeben, dessen Bewegung bestimmt werden soll.
Auf Fig. 6 umfaßt diese Einrichtung ein Visirmuster 14, (auf welchem das Symbol wiedergegeben ist), das einstöckig mit dem Kopf 10 ausgebildet ist. Das Symbol wird durch vier Streifen B1, B2, B3 und B4 gebildet. Der Streifen B1 ist parallel zum Streifen B2; der Streifen B3 ist parallel zum Streifen B4. Die Streifen B1, B2, B3, B4 sind in der Weise gekreuzt, daß sie ungefähr ein Notenkreuz darstellen. Die Länge und Breite der Streifen sind nicht identisch: Die Streifen B1 und B3, die senkrecht und ähnlich sind, sind breiter und weniger lang, als die Streifen B2 und B4, die senkrecht und ähnlich zueinander sind. Die Unterschiede zwischen den Streifen erlauben die Unterscheidung bei der Bewegung und die Beseitigung von gewissen Unbestimmtheiten, wie beispielsweise die Richtung der Drehung.
In einer nicht gezeigten Ausführungsvariante ist das Symbol direkt auf den beweglichen Körper 10 aufgemalt.
In einer anderen Ausführungsvariante, die nicht wiedergegeben ist, wird das Symbol durch einen Teil des beweglichen Körpers 10 gebildet, der eine entsprechende Kontur aufweist.
Eine elektronische Kamera 16 ist auf dem Bezugsobjekt vorgesehen, das ist in dem gezeigten Beispiel die Trägerrakete 12, so daß das Symbol mindestens während der aufeinanderfolgenden Augenblicke des Abwurfes verfolgt werden kann.
Die Kamera 16 umfaßt einen Detektor 18, welcher ein Signal liefert, das das Bild wiedergibt. Dieses letztere definiert eine Ebene, welche mit der Ebene zusammenfällt, die durch die Achsen X und Y des Projektionssystemes erzeugt wird. Vorteilhaft fällt die Ebene, die durch die Achsen XR und YR des Bezugssystems gebildet wird, mit der Ebene zusammen, die das Projektionssystem enthält (Ebene des Detektors 18) und die Sichtachse der Kamera 16 fällt zusammen mit der Achse ZR des Bezugssystems.
Vor dem Abwurf läuft in vorteilhafter Weise die Sichtachse durch das Zentrum des Kreuzes, das auf dem Visiermuster 14 aufgezeichnet ist und nur dieses liegt im Bildbereich der Kamera 16.
Die Kamera 16 umfaßt weiterhin eine Reinigungseinrichtung 17 zum elektronischen Reinigen des aufgenommenen Bildes. Diese Einrichtung 17 liefert ein Signal, das das gereinigte Bild wiedergibt.
Die elektronische Reinigung erlaubt es, nur den bedeutenden Teil des Bildes, d. h. das Symbol, zu bewahren und den Hintergrund zu beseitigen.
Die Kamera 16 umfaßt ebenfalls eine Einrichtung 19 zum Durchführen der Projektionen, des erhaltenen und gereinigten Bildes: Eine Projektion P(X) auf die Achse X entlang der Achse Y und eine Projektion P(Y) auf die Achse Y entlang der Achse X.
Gegebenenfalls beleuchtet eine Lampe 20 das Visiermuster 14. Diese Lampe 20 kann vom Typ "Blitz" sein und in diesem Fall ist sie mit der Abfolge der Aufnahmen synchronisiert. Die Kürze der Beleuchtungen erlaubt es, das "Verwackeln" während der Bildung eines Bildes zu vermeiden.
Um seine Detektierung zu fördern, wird das Symbol vorteilhaft in einem retroreflektierenden Material ausgeführt. Wenn das abgeworfene Objekt sich vom Bezugsobjekt entfernt, empfängt das Visiermuster 14 weniger und weniger Licht von der Lampe 20. Die Verwendung von retroreflektierendem Material erlaubt die Beibehaltung einer Leuchtkraft des Symbols, die ungefähr konstant ist, trotz der Entfernung. In diesem Fall ist die Lampe in der Nähe der Kamera angeordnet.
Die Kamera 16 führt Aufnahmen in regelmäßiger Abfolge durch. Diese Informationen entsprechen den Projektionen von jedem aufgenommenen und gereinigtem Bild und werden direkt einer Einrichtung zur Analyse und Behandlung 24, beispielsweise einem Rechner des Typs Prozessor oder Mikroprozessor, zugeführt.
In dem gezeigten Beispiel auf Fig. 6 umfaßt die Trägerrakete 12 keinen Rechner aus Gründen der Wirtschaftlichkeit und des Gewichtes. Die Informationen werden in digitaler Form durch einen Sender / Empfänger 26 übertragen, der Radiofrequenzwellen aussendet. Diese Wellen werden am Boden durch einen Empfänger / Sender 28 empfangen, der mit einem Rechner verbunden ist.
Das Symbol und das Projektionssystem haben eine bekannte relative Drehbewegung. Diese Bewegung kann aus einer natürlichen Drehbewegung stammen, wobei das abgeworfene Objekt sich um sich selbst dreht. Die Drehbewegung kann ebenfalls künstlich sein; ein Motor 22, der mit der Kamera 16 verbunden ist, erlaubt die Drehung der letzteren um die Sichtachse ZR, wodurch das Projektionssystem in Drehung versetzt wird.
In einer anderen Ausführungsvariante ist die relative Drehbewegung nur auf die Drehung der Projektionsachsen X und Y zurückzuführen. Diese Drehung wird elektronisch ausgeführt, wie man weiter unten sehen wird.
Die Fig. 7 zeigt schematisch eine Ausführungsvariante einer Vorrichtung gemäß der Erfindung. Hier strahlt ein Laser 29 einen Lichtstrahl in Richtung des beweglichen Körpers 10 aus. Der Laser 29 ist so, daß der Leuchtstrahl durch geeignete Verschiebung und Variation der Intensität das Symbol auf dem beweglichen Körper 10 aufzeichnet. Die Verschiebung des Strahles ist hinreichend schnell, daß die Kamera 16 nur das vollständige Symbol und nicht Teile desselben durch die Integration der Detektion bemerkt.
In dieser Ausführungsform wird die relative Drehbewegung zwischen dem Symbol und dem Projektionssystem erhalten durch Drehung der leuchtenden Zeichnung.
Das Symbol, das so durch den Strahl erzeugt wurde, ist sehr leuchtstark. Zudem kann die Zeichnung aktiv sein. Der Laser 29, der von dem Rechner 24 gesteuert wird, mit welchem er mittels einer Übertragungseinrichtung 26 und 28 verbunden ist, kann beispielsweise die Dimension des Symbols in Abhängigkeit von der Entfernung des beweglichen Körpers 10 anpassen und in allgemeiner Weise die Zeichnung an die experimentellen Bedingungen angleichen.
In vorteilhafter Weise ist eine catadioptrische und diffundierende Oberfläche 27 auf dem beweglichen Körper 10 angeordnet, die eine Rückstrahlung des Lichtes in Richtung der Kamera erlaubt.
Man versteht, daß in dieser Variante die Blitzlampe 20 nicht notwendig ist; sie taucht daher in Fig. 7 nicht auf.
Die Fig. 8 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform des Detektors und der Einrichtung zum Reinigen und Projezieren.
Der Detektor 18 der Kamera ist vom Typ eines Netzes von Prozessoren. Ein solches Netz wird in der französischen Patentanmeldung vom 18. Juni 1985 beschrieben und ist unter der Nummer 2 583 602 publiziert. Sie wird durch ein Netz von Zellen 60 gebildet, die auf einem gemeinsamen Substrat gebildet sind und deren vollständigere Beschreibung weiter unten gegeben wird. Es genügt hier zu wissen, daß die Zellen 60, die die Pixel des Detektors 18 bilden, versehn sind mit einem photoempfindliches Element, das ein Signal liefert, welches ein Element des Bildes wiedergibt, das auf dem Netz gebildet ist, mit einem Element zur Konversion dieses Signals in binäre Information und einer Einrichtung zum Speichern der binären Information, die in einem zweidimensionalen Netz von Schieberegistern angeordnet ist, um die Übertragung der binären Information von Nachbarzelle zu Nachbarzelle zu ermöglichen. Die Zellen 60 sind in Spalten und Reihen angeordnet.
Wie man weiter unten sehen wird, umfassen diese Zellen 60 eine Einrichtung zum Reinigen des registrierten Bildes.
Die Projektionen P(X) und P(Y) werden durch zwei Reihen 62, 66 von Akkumulationszellen ausgeführt. Diese können entweder digital oder analog sein.
In der ersten Reihe 62 zur Bewirkung der Projektion P(X) ist jede der Akkumulationszellen 64 durch einen Eingang e1 mit einer anderen Zelle 60 des Detektors 18 verbunden und gehört einer Randzeile an.
Die zweite Reihe 66 von Akkumulationszellen 64 erlaubt die Projektion P(Y) auf die Achse Y entlang der Achse X. Jede dieser Akkumulationszellen 64 ist durch einen Eingang e1 mit einer verschiedenen Zelle 60 des Detektors 18 verbunden und gehört einer Randspalte an.
Jede Akkumulationszelle 64 liefert auf einem Ausgang s2 ein elektrisches Signal proportional der Anzahl der Zellen 60, die auf der entsprechenden Zeile oder Spalte angeregt wurden.
Die Ausgänge s2 der Akkumulationszellen der ersten Reihe 62 sind untereinander verbunden und mit einem Ausgang eines Schaltkreises 68 verbunden, welcher eine integrale Messung der Anzahl der erregten Pixel des Detektors 18 erlaubt (man kann in äquivalenter Weise die Akkumulationszellen der zweiten Reihe verwenden). Diese Messung kann beispielsweise zur Anpassung der Belichtungszeit des Detektors 18 an die gegenwärtige Leuchtintensität dienen.
Die Zellen 60 weisen einen Steuereingang auf, der nicht gezeigt ist, für die Steuerung der Verschiebung der Werte von jedem Pixel in Richtung der Nachbarzellen bis zu den Akkumulationszellen 64.
Die Akkumulationszellen weisen einen nicht gezeigten Steuereingang auf für die Auflösung der Ladungsakkumulation nach der Exposition des Detektors 18.
Ein solcher Detektor des Prozessornetztypes mit Akkumulationszellen für die Ausführung von Projektionen erlaubt die elektronische Drehung der Projektionsachsen. Dies kann durch einen Satz von adäquaten aufeinanderfolgenden Verschiebungen von binären Informationen, die in den Zellen 60 enthalten sind, erreicht werden.
Die Fig. 9 zeigt eine Teilansicht der vorangegangenen Ausführungsform. Man kann im Detail eine Zelle 60 sehen. Diese umfaßt ein photoempfindliches Element 70, das vorteilhaft durch eine Photodiode gebildet wird. Dieses Element 70 liefert eine Spannung am Punkt A, die am Ende der Belichtungszeit dem Wert des Pixels dieser Zelle 60 entspricht.
Die Spannung am Punkt A wird einem Schaltkreis zugeführt zur analog-digital Konversion und Speicherung, einschließlich eines Inverters I1, welcher zwischen dem Punkt A und dem Punkt B der Verbindung zweiter Transistoren T7, T8 geschaltet ist, deren Ausgangsschaltkreise jeweils zwischen dem Punkt B und dem Verbindungspunkt C und zwischen dem Punkt A und dem Verbindungspunkt D geschaltet sind, und einem zweiten Inverter I2, welcher zwischen dem Punkt C und dem Punkt D vorgesehen ist.
Der Inverter I1 umfaßt ein Element zur digital-analog Konvertierung, das die Spannung am Punkt A in eine binäre Information transformiert, welche die Werte "0" oder "1" annimmt, je nachdem, ob die Spannung am Punkt A größer oder kleiner als eine vorbestimmte Funktionsschwelle des Inverters ist. Die Digitalisierung des Pixels wird demnach durch Schwellenwertbildung bewirkt. Die Gesamtheit der Konverter bildet somit eine Einrichtung zur Reinigung durch Schwellenwertbildung des registrierten Bildes.
Die Inverter I1, I2 bilden mit den Transistoren T7, T8 einen Speicherschaltkreis für die binäre Information, welche durch die Konversion der Spannung am Punkt A erhalten wird.
Die Speicherschaltkreise sind in einem zweidimensionalem Netz von Schieberegistern angeordnet: Die Zellen sind in einer Zeile durch die Transistoren T9, T10 verbunden, die jeweils die Punkte B und A einer Zelle mit den Punkten C und D der Nachbarzelle zur Rechten verbinden, und in einer Spalte durch die Transistoren T11, T12, die jeweils die Punkte D und G einer Zelle an den Punkten A und B mit der Nachbarzelle darunter verbinden.
Die Übertragung der Information wird gesteuert mit Hilfe von Steuersignalen sc7, sc8, sc9, sc10, sc11, sc12, die an den Transistoren T7, T8, T9, T10, T11, T12 anliegen. Auf diese Weise wird eine Verschiebung nach rechts durch Schließung von T10 und T8 gesteuert, und eine Verschiebung nach unten durch Schließung von T7 und T11, etc....
Jede Zelle 60 des Netzes umfaßt außerdem einen Elementarprozessor P, welcher am Ausgang mit einem Transistor TP am Punkte C verbunden ist und andererseits durch einen Dateneingang am Punkte B verbunden ist.
Die Gesamtheit der Prozessoren P bildet ein anderes Reinigungsmittel. In der Tat erlaubt er die wahlweise Ausführung einer Maskierung, einer Detektierung von Konturen oder jede andere Bildbehandlung.
In diesem Ausführungsbeispiel sind die Akkumulationszellen 64 analog. Neben ihrer Funktion der Integration von Ladungen erlauben sie einen Vergleich mit einem vorbestimmten Schwellenwert.
Diese Zellen 60, die zu einer Zeile und einer Spalte am Rand des Netzes gehören, sind jeweils mit einer analogen Akkumulationszelle 64 verbunden.
Der Eingang e1 der Akkumulationszelle ist mit dem Punkt B der entsprechenden Zelle 60 verbunden.
Ein Transistor T1 ist mit dem Eingang e1 und andererseits mit einem Verbindungspunkt E verbunden. Der Transistor T1 ist in der Weise verdrahtet, daß er die Rolle einer Widerstandsdiode spielt.
Zwei Transistoren T2 und T3 sind jeweils zwischen den Verbindungspunkten E, F und F, G verbunden. Die Transistoren spielen die Rolle von Unterbrechern, die mittels der Steuersignale sc2 und sc3 gesteuert werden, welche ihnen jeweils zugeführt werden.
Ein Kondensator C1 weist eine Elektrode auf, die mit dem Punkt G verbunden ist, wohingegen seine zweite Elektrode geerdet ist.
Der Punkt G ist mit einem ersten Ausgang s1 der Akkumulationszelle 64 verbunden. Dieser Ausgang s1 ist mit einem Punkt A der entsprechenden Zelle 60 mittels des Transistors T9 verbunden.
Ein zweiter Kondensator C2 ist mit dem Punkt F einerseits und einem zweiten Ausgang s2 der Akkumulationszelle verbunden.
Die Ausgänge s2 der Akkumulationszellen 64 der ersten Reihe 62 (bzw. der zweiten Reihe 66) sind untereinander verbunden und tragen eine Spannung Vcc/2 (wobei Vcc die Versorgungsspannung des Netzes ist, die beispielsweise 5 V ist) mittels eines Transistors T5 (bzw. T6) welcher durch ein Steuersignal sc5 (bzw. sc6) gesteuert wird.
Die Transistoren T1, T2 und der Kondensator C2 bilden einen Integrator.
Der Transistor T3, die Kondensatoren C1, C2 und der Inverter I1 der entsprechenden Zelle 60 bilden einen Komperator.
In dem Spannungsbereich von Vcc bis Vcc/2 muß, um eine Wiederholung der Analogspannung zu erhalten, die an den Anschlüssen von C1 akkumuliert ist, die Steuerung von T3 kleiner sein, als die akkumulierte Spannung eines vorbestimmten Schwellenwertes. Durch aufeinanderfolgendes Testen der Schwellenwerte, die regelmäßig überschritten werden, und unter Rückgewinnung des gelieferten Signales von s1 in der Zelle 60 entsprechend jedem Test erhält man aufeinanderfolgende Amplitudenstöße des Profiles der Projektionen, wobei das Signal, das von s1 geliefert wird, jedes Mal Schwellenwert gebildet wird, wenn es in die Zelle 60 eindringt.
Um den Spannungsbereich Vcc/2, 0V, zu analysieren verwendet man einen "bootstrap" Effekt über alle Kapazitäten C2, die durch die Leitbarmachung der Transistoren T5 und T6 erhalten wird.
Die Stöße des Profils der Projektionen werden nacheinander in den Zellen 60 der Randzeile und der Randspalte des Detektors 18 registriert. Diese Informationen werden nacheinander einem Ausgang des Detektors 18 zugeführt; sie liegen in digitaler Form vor, was leichter zu behandeln ist, als die Analoginformationen, die auf dem Niveau der analogen Akkumulationszellen verfügbar ist.
Der Schaltkreis 68 zur Integrationsmessung der Anzahl der Pixel mit dem Wert "1" umfaßt einen Tansistor T4, welcher parallel zu einem Kondensator C3 zwischen dem Anschlußpunkt G und der Masse geschaltet ist. Der Transistor T4 wird durch ein Steuersignal sc4 gesteuert.
Gemäß einer Variante dieser Ausführungsform, welche ein integriertes Netz verwendet, können diese analogen Akkumulationszellen durch digitale Zähler ersetzt werden, deren Kapazität gleich Log&sub2;n ist, wobei n gleich der Anzahl der Zeilen und Spalten ist (für ein quadratisches Netz); n ist ein Exponent von 2. Sie können vorteilhaft zu einem einzigen Schieberegister für den Ausgang der akkumulierten Ergebnisse aneinandergereiht werden (des Typs "scan path" in der angelsächsischen Terminologie).
Fig. 10 zeigt schematisch eine andere Ausführungsform eines Detektors und eine Einrichtung zum Reinigen und Projektieren.
Der Detektor 18 der Kamera wird in diesem Fall durch eine Matrix von Ladungsübertragungszellen 72 gebildet ("Charge Coupled Device: CCD", in der angelsächsischen Terminologie), die in Zeilen und Spalten angeordnet sind (oder jede andere Art von Photodetektormatrizen).
Jede Ladungsübertragungszelle 72 entspricht einem Pixel des Detektors und liefert auf einem Ausgang ein analoges elektrisches Signal, welches die Beleuchtung wiedergibt, die von dem Pixel empfangen wurde.
In dem gezeigten Beispiel ist das Reinigungsmittel ein Schwellenwertmittel: ein Schwellenelement 74 liefert einen ersten Eingang in Reihe, elektrische Signale von jeder Zelle 72 einer Zeile, Zeile nach Zeile.
Das analoge elektrische Signal entsprechend dem Wert der Pixel wird digitalisiert in eine binäre Information, welche den Wert "1" annimmt, wenn seine Amplitude größer als ein Schwellenwert Vs ist, oder den Wert "0", wenn seine Amplitude kleiner als dieser Schwellenwert Vs ist.
Eine Zelle 76 ist mit dem Ausgang des Schwellenelementes verbunden, das in Reihe die binären Werte der Pixel liefert. Die Zelle 77 wird durch ein Steuersignal sc gesteuert, das die Synchronisation mit der funktionellen Abfolge des Schwellenelementes 74 erlaubt.
Ein erster und ein zweiter Speicher 78, 80, die mit dem Zähler verbunden sind, umfaßt jeweils so viele Register, wie das Netz von Ladungsübertragungszellen 72 Spalten und Zeilen aufweist.
Bei jeder Registrierung in dem Zähler 76 eines neuen Wertes entsprechend einem Detektorpixel 18 liefert der Speicher 78 gesteuert durch das Signal SM1 an den Zähler 76 die Zahl, die in dem Register entsprechend der Spalte gespeichert ist, wo sich das Pixel befindet. Diese Zahl wird zu dem Wert zuaddiert und das Ergebnis in demselben Register gespeichert. Für die Projektion auf die Zeile wird eine Analogoperation durch den Speicher 80 durchgeführt, welches von dem Steuersignal SM2 gesteuert wird.
Wenn alle diese Pixel ausgelesen sind, dann sind die Projektionen P(X) und P(Y) in den Speichern 78 und 80 enthalten. Die Speicher werden dann nacheinander ausgelesen und die Informationen, die sie enthalten, werden einem Rechner zur Behandlung zugeführt.
In einer anderen Ausführungsform ist der Detektor 18 vom Typ Vidicon. Die Einrichtung zur Reinigung und Projektion ist von der gleichen Art, wie für den Detektor mit den Ladungsübertragungszellen.
Auf diese Weise kann gemäß der Erfindung die Bewegung eines beweglichen Körpers, welcher sich von einem Körper abtrennt, rekonstruiert und in Realzeit verfolgt werden. Das Signal, das die für diese Bestimmung nützliche Information transportiert, wird vorbehandelt, um die Menge der Informationen, die der Behandlungseinrichtung zugeführt wird, zu reduzieren.

Claims

1. Verfahren zur Lagebestimmung eines bewegten Körpers (10) in Bezug auf ein Bezugssystem (XR, YR, ZR), das mit einem Bezugsobjekt (12) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Symbol auf den beweglichen Körper (10) gebildet ist, wobei dieses Symbol rechtlinige Konturen aufweist, die mindestens zwei parallele Geraden (B1, B2, B3, B4) darstellen, es umfaßt:

- periodisch das Aufnehmen eines Bildes des Symboles mit Hilfe einer Kamera (16), welche an dem Bezugsobjekt (12) vorgesehen ist,

- bei jeder Aufnahme:

- Projizieren des erhaltenen Bildes auf mindestens zwei Achsen X und Y, welche ein Projektionssystem für die Position und der Orientierung bilden, die in Bezug auf das Bezugssystem (XR, YR, ZR) bekannt sind,

- Bestimmen der Maxima jeder Projektion;

- mindestens zwischen jeder Aufnahme ein Beibehalten einer bekannten relativen Drehbewegung zwischen dem Symbol und dem Projektionssystem;

- Bestimmen aus der Folge vom Maxima der Projektionen, die Orientierung und die Position des Symbols in Bezug auf das Bezugssystem (XR, YR, ZR),

- Bestimmen aus der Folge von Orientierungen und Positionen des Symbols, die Bewegung des beweglichen Körpers (10) in Bezug auf das Bezugssystem (XR, YR, ZR).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Projektion der aufgenommenen Bilder eine Reinigungsbehandlung der letzteren vorgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es für die Bestimmungen der Orientierung des Symbols in Bezug auf das Bezugssystem (XR, YR, ZR) umfaßt:

- durch Vergleich zwischen den Werten der aufeinanderfolgenden Maxima der Projektionen Bestimmen der Momente, wo diese Werte maximal sind;

- bei diesen Momenten in Bezugsetzen der scheinbaren Winkel zwischen den Geraden, die zu der Kontur des Symbols gehören, und den Achsen (X, Y) des Projektionssystems;

- Ableiten der Orientierung des Symbols in Bezug auf das Bezugssystem (XR, YR, ZR).

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es für die Bestimmung der Position des Symbols in Bezug auf das Bezugssystem umfaßt:

- Vergleich des Abstandes zwischen den Abszissen der Maximalwerte der Maxima der Projektion gemäß einem der Achsen X oder Y entsprechend den beiden parallelen Geraden, welche die Kontur bilden mit einem bestimmten Bezugsabstand,

- daraus Ableiten der Entfernung des Symbols in Bezug auf das Bezugssystem,

- Ableiten der Position des Symbols in Bezug auf das Bezugssystem auf der Grundlage der Abszissen der marximalen Werte der Maxima der Projektionen auf den Achsen X und Y und der Entfernung des Symbols in Bezug auf das Projektionssystem.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es für die Bestimmung der Position des Symbols in Bezug auf das Bezugssystem umfaßt:

- Vergleich der Maximalwerte der Maxima einer gleichen Projektion mit den bestimmten Bezugswerten,

- Ableiten der Entfernung des Symbols in Bezug auf das Bezugssystem (XR, YR, ZR),

- Ableiten der Position des Symbols in Bezug auf das Bezugssystem auf der Grundlage der Abszissen der maximalen Werte der Maxima der Projektion auf die Achsen X und Y.

6. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es umfaßt:

- Einrichtung (14, 29) zur Bildung eines ebenen Symbols mit rechtlinigen Konturen, die mindestens zwei parallele Geraden auf einem beweglichen Körper (10) bilden, dessen Bewegung bestimmt werden soll mit Bezug auf ein Bezugssystem, das mit einem Bezugsobjekt verbunden ist;

- eine elektronische Kamera (16), welche auf dem Bezugsobjekt (12) vorgesehen ist, wobei diese Kamera umfaßt:

- einen Detektor (18), welcher ein Signal entsprechend einem erhaltenen Bild von dem Symbol liefert;

- Einrichtung (19) zum Ausführen der Projektionen P(X) auf die Achse X gemäß der Achse Y und einer Projektion P(Y) auf die Achse Y gemäß der Achse X des Bildes, wobei die Einrichtung (19) ein Signal entsprechend den Projektionen P(X) und P(Y) liefert;

- Einrichtung zum Versetzen des Symboles und des Projektionssystems in eine relative Drehung;

- eine Einrichtung zur Behandlung (24), welche mit der elektronischen Kamera verbunden und geeignet ist, auf der Grundlage des Signals, welches die Maxima der Projektionen P(X) und P(Y) wiedergibt, die Orientierung und die Position des beweglichen Körpers in jedem Augenblick zu bestimmen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kamera (16) außerdem eine Reinigungseinrichtung (17) der erhaltenen Bilder umfaßt, wobei diese Einrichtung (17) mit dem Detektor verbunden ist und ein Signal entsprechend dem gereinigten Bild liefert.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Bilden des Symbols auf dem beweglichen Körper (10) einen Laser (29) umfaßt, welcher auf dem Bezugsobjekt (12) vorgesehen ist, und einen Leuchtstrahl liefert, welcher das Symbol auf dem beweglichen Körper (10) zeichnet.

9. Vorrichtung nach Anpruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Symbol aus vier Bändern (B1, B2, B3, B4) besteht, welche paarweise zueinander parallel sind und in der Weise gekreuzt sind, daß sie ein Kreuz bilden.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bänder (B1, B2, B3, B4) Abmessungen aufweisen, welche ihre Unterscheidung erlaubt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (22) zum Ausstatten einer relativen Drehbewegung für das Symbol und die Kamera (16) vorgesehen ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem eine Blitzlampe (20), welche mit der Bildaufnahme der Kamera synchronisiert und auf dem Bezugsobjekt (12) vorgesehen ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein integriertes Meßsystem (68) umfaßt, welche auf einem Ausgang ein Signal liefert, welches proportional zur Anzahl der erregten Pixtel des Detektors (18) ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (18) eine Netzhaut umfaßt, welche mit einem Netz von Prozessoren integriert ist, die photoempfindliche Zellen (60) umfassen, welche in Matrixform angeordnet sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigungseinrichtung (17) durch die Netzhaut, welche mit den Prozessoren integriert ist, verwirklicht wird.

16. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Ausführen der Projektionen (19) durch eine erste Reihe (62) von Akkumulatorzellen (64) verwirklicht wird, die jeweils mit den photoempfindlichen Zellen (60) einer äußeren Linie der Matrix verbunden sind und durch eine zweite Reihe (66) von Akkumulatorzellen (64), welche jeweils mit den photoempfindlichen Zellen (60) einer äußeren Spalte der Matrix verbunden sind, wobei jede Akkumulatorzelle (64) an einem Ausgang (s1) ein Signal liefert, welches der Anzahl der photoempfindlichen Zellen entspricht, die auf der Zeile oder Spalte angeregt wurden, mit welcher diese verbunden ist.