FI86112B - Foerfarande foer maetning av avstaondsbild. - Google Patents

Description

1 86112

MENETELMÄ ETÄISYYSKUVAN MITTAAMISEKSI

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osassa määritelty menetelmä etäisyyskuvan 5 mittaamiseksi.

Koko kuva-alueen kattavia etäisyyskuvia voidaan erilaisista kappaleista ottaa strukturoitua valoa käyttäen joko skannaamalla kuva-alue piste pisteeltä tai juova juovalta tai heijastamalla koko piste tai 10 juovakuvio kokonaisena yhdellä kerralla.

Skannattaessa kunkin pisteen tai juovan heijastuksen ja mittauksen synkronointi takaa etäisyys-tietoon tarvittavan heijastuskulman yhtäpitävyyden mittauksen kanssa. Käytännössä tämä tarkoittaa, ettei 15 ole vaaraa siitä, että pisteiden tai juovien tulkinnassa olisi vaikeuksia, vaan kunkin pisteen tai juovan heijastuskulma tiedetään luotettavasti. Ongelmaksi jää skannausperiaatteesta johtuva mittausajan pituus. Toisaalta heijastusmekanismi voi sisältää liikkuvia me-20 kanismeja (peilipoikkeutus), mikä heikentää laitteiston luotettavuutta vaativissa olosuhteissa.

Toinen vaihtoehto, heijastaa koko valokuvio kerrallaan esim. hilan avulla, poistaa mittausnopeudesta aiheutuvat ongelmat. Ongelmaksi jää kuitenkin pis-25 teiden tai juovien vastaavuuden tulkinta eli mikä mitattu piste tai juova vastaa mitäkin heijastettua pistettä tai juovaa. Monimutkaisissa tapauksissa tämä voi olla ylivoimainen tehtävä. Toisaalta ilman vastaavuus-informaatiota tarkkaa absoluuttista etäisyystietoa ei 30 voida määrittää. Ongelman merkitys kasvaa sitä suuremmaksi, mitä kauemmaksi mittaavan kameran optinen akseli sijoitetaan heijastavan laitteen optisesta akselista eli mitä tarkemmaksi järjestelmä tehdään sekä mitä suurempia pintagradientteja kohteessa on.

35 Keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä mainitut epäkohdat. Erityisesti keksinnön tarkoituksena on mahdollistaa mittausmenetelmä, joka on nykyisiä 2 86112 menetelmiä sekä tarkempi että nopeampi samanaikaisesti.

Keksinnölle tunnusomaisten seikkojen osalta viitataan vaatimusosaan.

Keksinnön mukaisessa etäisyyskuvan mittaus-5 menetelmässä käytetään vähintään kahta, mutta edullisesti suurempaa määrää kameroita tai muita vastaavia rekisteröintilaitteita, joiden optiset akselit eroavat asteittain valolähteen optisesta akselista. Kameroilla rekisteröidään kuvattavaan pintaan heijastetun valo-10 kuvion heijastukset eri kulmiin vuoron perään eli mittaus tapahtuu vaiheittain rekisteröintilaitteelta toiselle järjestyksessä valolähteen optisesta akselista poispäin ottamalla aina kullakin rekisteröintilaitteel-la huomioon edellisen rekisteröintilaitteen antama kuva 15 kuvattavasta pinnasta.

Toisin sanoen järjestelmän sisältäessä perinteisen, esim. hilaa käyttävän, strukturoitua valoa kohteeseen heijastavan mekanismin sekä vaiheittain heijastavan laitteen optiselta akselilta poikkeavia 20 kameroita, on keksinnön perusajatuksena säilyttää heijastetun valokuvion piste tai juova yhtäpitävyys mitatun kuvatiedon kanssa toteuttamalla mittaus ja etäi-syystiedon tarkentaminen vaiheittain järjestyksessä kameralta toiselle.

25 Koska heijastavan laitteen optisella akselilla oleva kamera näkee heijastuskuvion täysin muuttumattomana, riippumatta kohdealueen etäisyyksistä, näkyy heijastuskuvio heijastavan laitteen optiselta akselilta vain hieman poikkeavalle kameralle vain hieman muut-30 tuneena. Tämä tarkoittaa sitä, että riippuen kunkin heijastuvan pisteen tai juovan heijastavan pinnanosan etäisyydestä piste tai juova näkyy kameran kuvassa tietyn rajatun kuva-alueen (ikkunan) sisällä. Koska ikkuna on rajattu, voidaan pisteen tai juovan paikka 35 kuva-alueessa määrittää nopeasti. Koska pisteiden tai ~Ujuovien esiintyminen ikkunoissaan on myös toisistaan riippumatonta, voidaan laskenta myös rinnakkaistaa.

3 86112

Yhtä kameraa käyttäen saadaan tuloksena etäisyyskuva, jonka syvyysresoluutio on heikko johtuen kameran ja heijastavan laitteen optisten akseleiden läheisyydestä.

Kun keksinnön mukaisesti järjestelmään lisä-5 tään ensimmäisen kameran viereen heijastavan laitteen optisesta akselista ensimmäistä kameraa enemmän poikkeava toinen kamera, voidaan syvyysresoluutiota parantaa. Toisaalta ensimmäisen kameran antamaa etäisyys-kuvaa voidaan käyttää ennustamaan, mille kuva-alueelle 10 kukin piste tai juova osuu. Tämän näkyvyysikkunan koko riippuu ensimmäisen kameran tuottamasta syvyysresoluutiosta, mutta joka tapauksessa se on jälleen rajattu kuva-alue, johon kuvankäsittelyalgoritmi voidaan kohdistaa. Lisäämällä keksinnön mukaisesti järjestelmään 15 kameroita yhä enemmän, voidaan syvyysresoluutiota parantaa edelleen. Piste- tai juovayhtäpitävyys saadaan kuitenkin koko ajan ylläpidetyksi eikä laskentaa hidastavia tulkintarutiineja tarvita. Menetelmän lopputuloksena saadaan tarkka etäisyyskuva, joka on määritetty 20 nopeasti askel askeleelta tarkentaen.

Laskennan nopeuteen vaikuttaa käytettävien prosessoreiden määrä. Jos jokaiselle pisteelle tai juovalle on oma prosessorinsa, kuluu etäisyyskuvan . .*. laskentaoperaatioihin vain niin monta laskentasykliä 25 kuin on kameroiden lukumäärä.

Mitä pienempi on vierekkäisten kameroiden etäisyys toisistaan, sitä jyrkempiä pintagradientteja sisältäviä kohteita voidaan luotettavasti analysoida. Hallittava maksimijyrkkyys voidaan määrittää kameroin-: 30 nin sijaintigeometriasta ja kuvapisteresoluutiosta.

Toisaalta analysoitavan pinnan ominaisuuksista voidaan määrittää, minkälainen mittauskonfiguraatio on tarpeellinen. Täten käytettävien kameroiden lukumäärää ja niiden etäisyyttä toisistaan eli niiden optisten akse-35 lien kulmia toisiinsa nähden voidaan aina tarpeen mukaan muutella haluttavan kuvatarkkuuden sekä tutkittavan pinnan laadun mukaan.

4 86112

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viitaamalla oheiseen piirustukseen, jossa kuva 1 esittää kaaviomaisesti keksinnön mukaista mittausjärjestelyä, 5 kuva 2 esittää ennustettuja laskentaikkunoita ja kuva 3 esittää keksinnön mukaista järjestelmäkaaviota.

Kuvan 1 esittämään erääseen keksinnön mukaiseen mittausjärjestelyyn kuuluu kuvattava kappale tai pinta 2, johon heijastavalla laitteella 3 suunnataan 10 valonsäde. Heijastavan laitteen 3 muodostaa valolähde 1, joka on esim. laservalolähde sekä sen edessä oleva optiikka 5 ja hila 6, jolloin hilasta riippuen kuvattavaan pintaan 2 kohdistuu käytettävän strukturoidun valon muodostama valokuvio, pisteitä, viivoja tms, 15 jotka heijastuvat heijastavan laitteen 3 optisen akselin suhteen eri kulmissa oleville kameroille 4.

Ensimmäinen kamera A, jonka optinen akseli poikkeaa vähiten heijastavan laitteen optisesta akselista, näkee heijastuskuvion vain hieman muuttuneena, 20 toinen kamera B vähän enemmän muuttuneena jne. Näin riippuen kunkin heijastuvan juovan heijastavan pinnan-osan etäisyydestä juova näkyy kameran kuvassa tietyn rajatun kuva-alueen eli ikkunan 7 (kuvan 2) sisällä. Näin ikkunan ollessa rajattu, voidaan juovan paikka ·-·. 25 kuva-alueessa määrittää nopeasti.

Näin keksinnön mukaisesti heijastunut valo-kuvio mitataan ensiksi kameralla A, sen jälkeen kameralla B, sen jälkeen kameralla C ja näin jatkaen viimeiseen kameraan N saakka. Koska aina edellisen kameran ·.· * 30 antamaa kuvaa voidaan käyttää hyväksi seuraavan kameran kuvaa tulkittaessa ja vierekkäisten kameroiden optisten ·/·,: akselien välisen kulman ollessa suhteellisen pieni ja täten vierekkäisten kameroiden antamien kuvien erotessa / . toisistaan suhteellisen vähän, ei valokuvion eri viivo- 35 jen tulkinnassa tule ongelmia ja sekaannuksia, mikä '...· olisi todennäköistä, mikäli kuva otettaisiin vain yh- dellä viimeisen kameran N paikalla olevalla kameralla.

5 86112

Kuvassa 3 on esitettynä keksintöön liittyvä järjestelmäkaavio. Kameroihin A, B ... N kuuluu sopiva optiikka sekä valoherkkä kenno. Näiden jälkeen on vi-deomultiplekseri VM, joka tarvitaan, jos kuvamuisteja 5 on käytössä vähemmän kuin kameroita. Tämän jälkeen on kuvamuistit KM, joilla kuvadata tallennetaan. Prosessoreilla PR1, PR2, ... PRm käsitellään ikkunoiden antama kuvadata. Emoprosessori PR kontrolloi koko järjestelmän toimintaa ja se sisältää globaalin muistin, missä tallo letetaan tarvittavat etukäteistiedot ja tuloksena saatava etäisyyskartta kuvattavasta kohteesta. Strukturoitua valoa heijastava laite 3 koostuu laservalolähtees-tä, valon strukturoivasta laitteesta, kuten hilasta tai vastaavasta sekä tarvittavasta optiikasta. Myös järjes-15 telmässä on kontrolleri KONT, joka käynnistää ja lopettaa heijastuksen. Lisäksi edellä mainitut prosessorit on yhdistetty toisiinsa tiedonsiirtoväylällä, ns nopea väylä.

Edellä keksintöä on selostettu esimerkinomai-20 sesti oheisten piirustusten avulla keksinnön eri sovellusten ollessa kuitenkin mahdollisia patenttivaatimusten rajaaman keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

Claims (7)

6 86112

1. Menetelmä etäisyyskuvan mittaamiseksi, jossa menetelmässä valokuvio heijastetaan valolähteestä 5 (1) kuvattavaan pintaan (2), heijastunut valokuvio rekisteröidään tietyssä heijastuskulmassa heijastavan laitteen (3) optiselta akselilta ja käytetään ainakin kahta, edullisesti useita kameroita tai vast, rekiste-röintilaitteita (4), joiden optiset akselit eroavat 10 asteittain valolähteen optisesta akselista, tunnettu siitä, että kullekin rekisteröintilaitteelle rekisteröidyn valokuvion tulkinta tapahtuu edellisen rekisteröintilaitteen rekisteröimän valokuvion avulla säilyttämällä uuden valokuvion piste tai juova yhtäpi-15 tävyys edellisen valokuvion kanssa suorittamalla mittaus vaiheittain valolähteen optisesta akselista poispäin järjestyksessä rekisteröintilaitteelta toiselle.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että heijastettavana valokuvio- 20 na käytetään pistekuviota.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että heijastettavana kuviona käytetään viivakuviota.

·.' 4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen * : 25 menetelmä, tunnettu siitä, että edellisen rekisteröintilaitteen (4) rekisteröimää kuvaa käytetään : ennustettaessa seuraavan rekisteröintilaitteen havait- semaa kuvaa. «

5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen 30 menetelmä, tunnettu siitä, että rekisteröinti- laitteiden (4) määrää ja niiden optisten akseleiden välisiä keskinäisiä kulmia muutetaan haluttavan kuva-V : tarkkuuden mukaan.

6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukainen .···. 35 menetelmä, tunnettu siitä, että rekisteröinti- • laitteiden (4) optisten akseleiden välisiä keskinäisiä kulmia muutetaan tutkittavan pinnan laadun mukaan.

7 86112